contributo do laboratório químico virtual para aprendizagens no

Paula Cristina da Conceição Teixeira Lopes

CONTRIBUTO DO LABORATÓRIO QUÍMICO VIRTUAL PARA APRENDIZAGENS NO

LABORATÓRIO QUÍMICO REAL

Dissertação do Mestrado em Física e Química para o Ensino, apresentada à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, sob a orientação do Professor Doutor Pedro Manuel de Melo Bandeira Tavares.

UNIVERSIDADE DE TRÁS-OS-MONTES E ALTO DOURO 2004

ii

Aos meus pais e irmão

iii

ÍNDICE

1- INTRODUÇÃO

1.1- As Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) e a Educação 2

1.1.1– Novos cenários educativos 3

1.1.2 – A incorporação das TIC na educação 6

1.2 – O computador na educação 9

1.2.1 – A integração do computador na educação 11

1.3 – Realidade virtual 14

1.3.1 – A Linguagem de Modelagem em Realidade Virtual (VRML) 15

1.3.2. – Aplicações da Realidade Virtual 16

1.4 – Laboratórios virtuais 17

1.4.1 – Vantagens e desvantagens do LQV 18

1.4.2 – Alguns estudos sobre a aplicação do LQV ao ensino da Física

e Química 19

1.5 – Objectivos do trabalho 22

1.6 – Sinopse 23

2 – LABORATÓRIO VIRTUAL

2.1 – ChemLab 2.1- edição Professional 26

2.1.1 – Simulação do ChemLab 27

2.1.2 – Organização do ChemLab 28

2.1.3 – Elaboração de um protocolo 34

2.1.4 – Defeitos a corrigir em próximas versões 40

2.2 – Chemland6 40

2.3 – Le Chat 43

2.4 – ACDLabs 45

2.5 – Virtual Lab 46

2.6 – Sugestões de utilização dos diversos programas de Química 48

3 – METOLOGIA

3.1 – Tipo de estudo 51

iv

3.2 – Caracterização da amostra 51

3.3 – Material e métodos 53

3.4 – Procedimentos estatísticos 55

4 – RESULTADOS OBTIDOS, ANÁLISE E DISCUSSÃO

4.1 – Laboratório real

4.1.1 – Manipulação, correcta de reagentes e material de laboratório 58

4.1.2 – Respeito e aplicação das regras de segurança 59

4.1.3 – Execução das tarefas propostas 61

4.1.4 – Ajuda do professor para executar as tarefas propostas 62

4.1.5 – Análise crítica dos resultados obtidos 64

4.1.6 – Discussão dos resultados 66

4.2 – Laboratório virtual

4.2.1 – Dificuldades na utilização do programa 68

4.2.2 – Identificação e utilização correcta de reagentes e material de

laboratório 70

4.2.3 – Execução das tarefas propostas 71

4.2.4 – Ajuda do professor para executar as tarefas propostas 72


4.3 – Laboratório virtual/laboratório real 74


4.4 – Sugestões ou comentários dos alunos 78

4.5 – Questões colocadas nos testes de avaliação sumativa 78

CONCLUSÕES 83

REFERENCIAS 88

ANEXO 1 – Conteúdos programáticos 95

ANEXO 2 – Protocolos utilizados 109

ANEXO 3 – Inquéritos 121

ANEXO 4 – Grelha de observação 125

ANEXO 5 – Questões das fichas de avaliação de conhecimentos 128

v

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Doutor Pedro Manuel de Melo Bandeira Tavares, pelo saber e

disponibilidade com que sempre orientou todo o trabalho, que a ambos pertence;

Aos elementos da Conselho Executivo da Escola Secundária do Rodo onde foi

aplicado o inquérito e efectuada a investigação, Dr. Salvador Ferreira, Dr. Nelson

Rodrigues e Dr. Adelino Tomé, pelo contributo valioso que dispensaram;

A todos os alunos que preencheram o inquérito e fizeram parte da investigação

realizada;

À Ana, Ana Luísa, Jorge, Lena, Márcia, Nandinha, Natália, Olga, Sérgio, Sofia,

Vilma e Xufia, pela grande amizade e empenho com que seguiram o estudo;

A todos aqueles, que de uma forma ou outra contribuíram para a realização deste

trabalho.

vi

RESUMO

A utilização de computadores no processo ensino – aprendizagem tem sido muito

discutida, consequentemente gerando muitas pesquisas. Uma das aplicações que surge no

desenvolvimento das novas tecnologias é a utilização do computador como ferramenta

didáctica complementar dos meios tradicionais. Este trabalho enquadra-se numa filosofia

de discussão e motivação da dinâmica do Ensino das Ciências, efectuando-se um estudo

sobre a utilização de Laboratórios Químicos Virtuais (LQV) aplicados em conjunto com o

método tradicional – Laboratório Químico Real (LQR), no processo ensino –

aprendizagem.

Para o LQV foram utilizados os seguintes programas informáticos: ChemLab,

Chemland6, Le Chat e Virtual Lab.

Como método foram escolhidas actividades experimentais do Programa de Química

do 10ºano de escolaridade, executadas por 37 alunos (ano lectivo 2002/2003), divididos

aleatoriamente em quatro grupos, de modo que em cada actividade experimental dois

grupos efectuavam o método tradicional (apenas LQR) e os outros dois utilizavam o

laboratório químico virtual e o laboratório químico real (LQV+LQR). Depois de cada

actividade experimental os alunos efectuaram a auto-avaliação das actividades efectuadas

no LQV e LQR através do preenchimento de um questionário. Paralelamente o docente

preencheu uma grelha de observação de aula. Foram igualmente analisados os resultados

obtidos pelos alunos nas várias questões das fichas de avaliação de conhecimentos.

Os dados obtidos através dos questionários de auto-avaliação não revelaram

diferenças significativas nas aprendizagens quando se utilizam ambos os métodos. A

grelha de observação de aula revela que o tempo lectivo total necessário à realização da

vii

actividade experimental é menor no método LQV+LQR. Verificou-se ainda que os alunos

que utilizaram o LQV, por se sentirem mais confiantes, descuraram algumas regras de

segurança no LQR. As fichas de avaliação de conhecimentos revelam diferenças

significativas nos resultados da questão relacionada com a titulação, com os alunos que

efectuaram este protocolo em LQV+LQR a obter melhores avaliações, devido à utilização

de dois programas diferentes para o LQV.

Podemos também concluir que a utilização dos laboratórios químicos virtuais foi

extremamente positiva e motivadora em todo o processo ensino-aprendizagem, pelo facto

de o aluno ir construindo algo do seu interesse e para o qual está motivado, tornando a

aprendizagem significativa.

A partir deste trabalho, é encorajador afirmar que as actividades experimentais em

que utilizamos em conjunto o laboratório químico virtual e o real, além de proporcionar

um ambiente propício para um ensino activo e efectivo, oferecem a oportunidade de uma

melhor compreensão da Química e a formação de uma postura no aluno de contínua busca

de conhecimentos, permitindo ao aluno a possibilidade de construir e/ou reconstruir os

seus conhecimentos.

Palavras-chave: Laboratório Químico Virtual, Laboratório Químico Real,

aprendizagens, motivação, programas informáticos educacionais

viii

ABSTRACT

The use of computers in the teaching/learning process has been so discussed that

arouse many investigations about the subject. One of the applications, included in the new

technologies development, is the use of the computer as a didactic tool complementing the

traditional means. This study is fitted in a philosophy of discussion and a dynamic

motivation of sciences teaching focusing the use of virtual chemical labs (VCL) connected

with the traditional method, the real chemical lab (RCL).

ChemLab, Chemland6; Le Chat and Virtual Lab were the programs used to study the

VCL.

The chosen method included experimental activities that were taken from the

Chemistry program, 10th grade, and they were executed by 37 students (200/2003). The

students were distributed in four groups in a random way. Two of these groups used only

the traditional method and the other two used both virtual and real labs. At the end of each

experimental activity the students made a self-evaluation about the activities filling in a

questionnaire. At the same time, the teacher filled in an observation chart of the class. The

final results were also analysed in the evaluation knowledge worksheets.

The final data got from the questionnaires didn’t reveal significant differences in the

learning when using both methods. The observation chart of the class shows that the time

spent in the experimental activity on both labs is less than in the RCL and students that

used the VCL neglect some RCL rules of security. The worksheets of knowledge revealed

that the students that worked with both labs got better marks.

ix

The use of virtual labs was motivating and extremely positive in the

teaching/learning process showing the pupils’ interest in building something that

encouraged them.

The effectiveness and activeness of this kind of learning by using both labs offered

the opportunity of a better comprehension of the subject in question, Chemistry and helped

students to seek data continually and build or even rebuild their own knowledge.

Key words: Virtual Chemical Lab; Real Chemical Lab; learning; motivation; educational

and technological programs

x

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

C –NMR Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de carbono.

dll Extensão da aplicação informática

H – NMR Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear de protão.

GC Cromatografia Gasosa

HTML Hyper Text Markup Language – Linguagem de hipertexto

IR Espectroscopia de Infravermelho

LQR Laboratório Químico Real

LQV Laboratório Químico Virtual

RTF Rich Text Format – Formato de ficheiro compatível com MS-Word

RV Realidade Virtual

SPSS Statistical Package for the Social Sciences – Programa de análise estatística

TIC Tecnologias de Informação e Comunicação

UDL Extensão da aplicação informática

UV/VIS Espectroscopia de ultra-violeta/visível

VRML Linguagem de Modelagem em Realidade Virtual

xi

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 – Módulos de simulação do ChemLab 28

Figura 2.2 – Organização do ChemLab 29

Figura 2.3 – Principais materiais de laboratório e equipamento disponíveis no Chemlab Pro

31

Figura 2.4 – Exemplo da selecção de reagentes no menu “Chemicals” 32

Figura 2.5 – Exemplo da visualização das propriedades químicas 33

Figura 2.6 – Titulação de um ácido forte com uma base forte 33

Figura 2.7 – Menu de inicio de criação de um protocolo 34

Figura 2.8 – Menu para adicionar um reagente à base de dados 35

Figura 2.9 –Menu de selecção dos reagentes necessários à actividade experimental 36

Figura 2.10 – Menu para adicionar um reagente à base de dados 37

Figura 2.11 –Menu para a escrita das reacções químicas que decorrem na actividade experimental

38

Figura 2.12 – Menu para a introdução das opções necessárias à actividade experimental

39

Figura 2.13 – Painel de entrada no programa Chemland 41

Figura 2.14 – Painel de acesso a cada um dos temas do programa 42

Figura 2.15 – Preparação de soluções 42

Figura 2.16 – Painel de entrada do programa Le Chat 43

Figura 2.17 – Exemplo de uma simulação de equilíbrio químico de uma reacção endotérmica em que se diminui o volume

44

Figura 2.18 – Exemplo de estrutura desenhada em ChemSketch/ACD 45

Figura 2.19 – Exemplo de estrutura visualizada em 3D Viewer/ACD 46

Figura 2.20 – Apresentação do programa Virtual Lab (Vlab) 46

Figura 2.21 – Exemplo de uma simulação de uma titulação de ácido forte com uma base forte

47

Figura 3.1 – Distribuição dos alunos por género 51

Figura 4.1 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes à manipulação, correcta de reagentes e material de laboratório

59

Figura 4.2 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes ao respeito e aplicação das regras de segurança

60

xii

Figura 4.3 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes à execução das tarefas propostas

62

Figura 4.4 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes à ajuda do professor para executar as tarefas propostas

64

Figura 4.5 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes à análise crítica dos resultados

65

Figura 4.6 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes às dificuldades na utilização do programa

69

Figura 4.7 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais

A, B, C e D, referentes à identificação e utilização correcta de reagentes e material de laboratório

70

Figura 4.8 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes à execução das tarefas propostas

72

Figura 4.9 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes à ajuda do professor para executar as tarefas propostas

73

Figura 4.10 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes à motivadora para a utilização do programa

75

Figura 4.11 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes ao recurso a este tipo de programa ajudar a uma melhor compreensão e execução das tarefas propostas

76

Figura 4.12 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D, referentes à utilização do programa nas aulas experimentais

77

Figura 4.13 – Resultados obtidos na ficha de avaliação de conhecimentos na questão relacionada com a actividade experimental A, preparação de uma solução

79

Figura 4.14 – Resultados obtidos na ficha de avaliação de conhecimentos na questão relacionada com a actividade experimental B, velocidade da reacção

80

Figura 4.15 – Resultados obtidos na ficha de avaliação de conhecimentos na questão relacionada com a actividade experimental C, equilíbrio químico

80

Figura 4.16 – Resultados obtidos no teste de avaliação sumativa na questão relacionada com a actividade experimental D, titulação

81

xiii

ÍNDICE DE QUADROS E TABELAS

Quadro 2.1 – Sugestões de aplicação dos diversos programas de Química 48

Quadro 4.1 – Resultados obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D

58

Quadro 4.2 – Resultados obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B,

C e D 60


C e D 61


C e D 63


C e D 65


C e D 69


C e D 70


C e D 71


C e D 73


C e D 74


C e D 75


C e D 76

Tabela 3.1 – Distribuição etária dos alunos em função do género 52

Tabela 3.2 – Utilização do computador 52

Tabela 3.3 – Planificação das actividades em laboratório virtual e laboratório

real 53

xiv

“ – Não sou, junto de vós, mais do que um

camarada um bocadinho mais velho, sei coisas que

vocês não sabem, do mesmo modo que vocês sabem

coisas que eu não sei ou já esqueci. Estou aqui para

ensinar umas e aprender outras. Ensinar, não: falar

delas. Aqui e no pátio e na rua e no vapor e no

comboio e no jardim e onde quer que nos

encontremos. – Não acabei sem lhes fazer notar que a

aula é nossa. “

Sebastião da Gama in Diário (1958)

11 IInnttrroodduuççããoo

1. Introdução

2

A utilização de computadores no processo ensino – aprendizagem tem sido

largamente investigada, principalmente a partir de 1970, com as novas possibilidades que

os computadores pessoais ofereceram [1]. Das inúmeras aplicações que surgem no

desenvolvimento das novas tecnologias destaca-se a utilização do computador como

ferramenta didáctica complementar aos meios tradicionais. É neste âmbito que incide o

presente trabalho, ao investigar a aplicação de Laboratórios Químicos Virtuais (LQV)

como complemento ao método de ensino - aprendizagem da Química no Laboratório

Químico Real (LQR).

Neste capítulo, referir-se-ão alguns aspectos gerais sobre a utilização das Tecnologias

de Informação e Comunicação (TIC) e a importância dos Laboratórios Químicos Virtuais,

após o que se descreverão os objectivos do presente trabalho. Terminar-se-á com a

definição das metas e a sinopse deste trabalho.

1.1 - As Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) e a

educação

O mundo que nos rodeia está em constante transformação. Estamos perante grandes

desafios em todas as áreas existindo novas directrizes para a educação [2]. O cidadão deste

novo milénio precisa de ser criativo, participativo e activo, preparado para enfrentar as

mudanças que ocorrem na sociedade. Presentemente os professores estão diante de novas

exigências para ajudar o aluno a cumprir tais objectivos. Entre os novos desafios, está a

utilização das Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC).

As TIC podem ser definidas como um novo conjunto de ferramentas, suportes e

canais para o tratamento e acesso à informação. A sua característica mais visível é o

1. Introdução

3

carácter radical e inovador e a influência mais notável estabelece-se na mudança

tecnológica e cultural, tendo como ponto de convergência o computador [3].

1.1.1 – Novos cenários educativos

Brunner [4:pp.4-7] realiza um breve resumo histórico no qual identifica “três

revoluções” que alteraram a forma de conceber e produzir a educação durante os últimos

séculos:

• Primeira revolução (antes do século XV): o aparecimento de escolas

medievais, em que se passou de um paradigma familiar e comunitário a um

paradigma institucional, metódico e didáctico de organização do processo

de educação. A formação escolar baseava-se na cultura oral, privilegiando-

se a memória (“um sabe o que pode recordar”).

• Segunda revolução (entre o Renascimento e a Revolução Industrial): a

criação dos sistemas escolares públicos (uma nova forma de organizar a

cultura nacional). De um paradigma privado passa-se a um público. De um

paradigma de institucionalidade fragmentada a um de concentração da

tarefa educativa. Pela primeira vez aparecem componentes do que hoje

conhecemos como sistema estatal de educação (conjunto de instituições

públicas formais e dedicadas exclusivamente ao ensino). Este processo será

acompanhado por uma gradual secularização e homogeneização da

educação, facilitadas pela difusão da imprensa, o uso de idiomas vernáculos

e o desenvolvimento de uma incipiente cultura científica [5]. Aparecem as

primeiras revistas científicas (metade do século XVII). A mudança

1. Introdução

4

tecnológica marca a passagem de cultura oral a uma supremacia do material

impresso [6].

• Terceira revolução (a partir da revolução industrial): a educação massiva

(extensão do processo educacional a todos), com a função de preparar as

pessoas para responder aos novos requerimentos da economia. Saber ler e

escrever passa a ser o passaporte requerido para ingressar na Galáxia

Gutenberg [6]. A massificação da escola devia contribuir, adicionalmente, à

construção da nação, tarefa que é da responsabilidade da educação estatal.

Durante os dois últimos séculos estas características determinaram a

estrutura e as rotinas da escola como a conhecemos hoje em dia. Em

resumo, a terceira revolução criou um novo paradigma, mudando a mesma

essência do processo de produção educacional e aproximando a escola ao

modelo industrial de massas. A sua pretensão e resultado foram

universalizar a educação, começando pela primária e progressivamente (sem

que esta tarefa, afirmamos, se tenha completado) aos níveis superiores.

Segundo Brunner [4:pp17-22], é provável que na actualidade estejamos perante uma

quarta revolução (a partir do último quarto do século XX). Fala-se de uma mudança do

paradigma tecnológico, a revolução tecnológica, quando o núcleo das tecnologias

emergentes, para além de induzir novos produtos, transforma os processos essenciais da

sociedade e, por isso, penetra em todos os domínios da actividade humana. Então, a quarta

revolução é sustentada no novo paradigma tecnológico, fundamentado nos processos de

globalização e das novas tecnologias de informação e comunicação que caracterizam um

novo tipo de sociedade: a sociedade da informação.

1. Introdução

5

Todas estas mudanças configuram novos contextos educativos cujas características

mais relevantes são:

• O conhecimento deixa de ser lento, escasso e estável. Pelo contrário, está

em permanente expansão e renovação.

• A escola deixa de ser o único meio que põe em contacto as novas gerações

com o conhecimento e a informação. Frente à “saturação informativa”

proveniente das novas tecnologias, a escola tem uma nova função na

educação dos sujeitos.

• A palavra do professor e o texto escrito deixam de ser os únicos suportes da

comunicação educacional.

• As novas competências e destrezas atribuídas à escola impõem maior

flexibilidade e atenção às características de cada aluno, permitindo um

desenvolvimento em cada um de múltiplas “inteligências”. Destacam-se a

capacidade de resolução dos diversos problemas complexos e ambíguos do

mundo real, a iniciativa pessoal, a atitude para assumir responsabilidades, a

habilidade para trabalhar em conjunto com os outros, para comunicar em

ambientes laborais altamente tecnicistas e destrezas bem desenvolvidas de

leitura e computação.

• Os métodos de ensino tradicionais deixam de ser os únicos disponíveis para

ensinar e aprender. De repente, a “instituição inabalável”, como alguns

caracterizam a escola, encontra-se com uma “força irresistível”: as

tecnologias da sociedade e da informação.

• A educação deixa de se identificar exclusivamente com o ambiente estado –

nação e ingressa na esfera da globalização. Neste sentido a escola tem uma

1. Introdução

6

importante função na busca do equilíbrio entre o global e o local e entre o

material e o espiritual.

• A escola deixa de ser uma agência formativa que opera num meio estável de

socialização; deve envolver-se nas mudanças que experimentam os outros

agentes socializadores (família, comunidade, igreja) e aceitar o desafio que

se desprende da ambiguidade normativa que tende a imperar.

1.1.2 – A incorporação das TIC na educação

O processo educativo tem, como objectivo final, o desenvolvimento de capacidades

fundamentais para a inserção do indivíduo na sociedade. Para melhorar este processo

devem-se considerar, por um lado, factores inerentes ao indivíduo, tais como a motivação,

o nível formativo, a experiência, as habilidades pessoais e a responsabilidade que ele

assume, as quais determinam o seu próprio estilo de aprendizagem; por outro lado, existem

factores externos, próprios do meio que o rodeia, que levam à necessidade de uma

formação contínua, individualizada e muito actualizada, implicando uma formação flexível

e de qualidade.

As TIC apresentam-se como uma ferramenta ao dispor quer do formando quer do

formador, recorrendo, por exemplo, a cursos interactivos multimédia, programas de

simulação ou programas de apoio à resolução de problemas.

Algumas das vantagens das TIC foram postas em manifesto na Grã-Bretanha pelo

Conselho Nacional para a Tecnologia Educativa [7, Comissão Europeia]. Foi elaborada em

1994 uma lista de potencialidades das TIC na educação, entre as quais podíamos destacar

as seguintes:

1. Introdução

7

a) As TIC motivam e estimulam a aprendizagem; igualmente podem

proporcionar um meio de aprendizagem em que o utilizador não se sinta

pressionado e coibido.

b) As TIC têm flexibilidade para satisfazer as necessidades e capacidades

individuais.

c) Os computadores podem reduzir o risco de fracasso na formação. Os

utilizadores que tiveram dificuldades com a aprendizagem podem sentir-se

estimulados com o uso das TIC, já que favorece a consecução de bons

resultados onde previamente ocorreram fracassos.

d) As TIC dão aos utilizadores acesso imediato a uma fonte mais rica de

informação, apresentando-a de uma nova forma que ajuda os utilizadores a

entendê-la e a assimilá-la mais adequadamente.

e) As simulações por computador permitem o pensamento sistémico sem

abandonar a profundidade na análise. Ideias difíceis fazem-se mais

compreensíveis quando as TIC as tornam visíveis.

f) Alunos com profundas e múltiplas dificuldades de aprendizagem podem ser

motivados a fazer actividades enriquecedoras e formativas. As TIC podem

inclusivamente compensar as dificuldades de comunicação e aprendizagem

de utilizadores com deficiências físicas.

g) O uso das TIC obriga os professores a ter uma nova visão sobre o ensino e

sobre as formas de aprendizagem.

h) As TIC oferecem potencial para um efectivo trabalho de grupo.

i) Os sistemas de aprendizagem informatizados podem ajudar a poupar tempo

e dinheiro.

1. Introdução

8

Há igualmente alguns inconvenientes, que se podem assinalar, e que derivam

fundamentalmente de um mau emprego das novas ferramentas surgidas com as TIC. Em

primeiro lugar as limitações de um utilizador que não domina um mínimo de informática.

Esta limitação é hoje em dia muito menor que há alguns anos, dependendo apenas da

habilidade do programador em ajustar as interfaces gráficas ao nível de conhecimentos do

utilizador. Como exemplo, podemos referir os jogos didácticos em computador no qual

qualquer criança com 4 anos (ou até menos) lida na perfeição.

Uma má concepção dos conteúdos pode originar uma desorientação do utilizador,

devido a uma sobrecarga de informação administrada ao mesmo. Neste contexto deve-se

distinguir a utilização de programas mais ou menos complexos, da navegação na Internet

em busca de informação.

No nosso sistema de ensino, as TIC fazem parte dos curricula desde o 3º ciclo do

ensino básico até ao ensino secundário. O Documento Orientador da Revisão Curricular

do Ensino Secundário [8] refere que:

“O ensino obrigatório das TIC é um imperativo educativo, mas também

social e cultural. Não basta saber aceder à Internet, substituir a máquina de escrever

por um processador de texto ou construir um gráfico a partir de uma folha de cálculo.

As técnicas e o domínio dos processos de sistematização e tratamento de

informação, das aplicações ligadas ao desenho assistido por computador, ou a

capacidade de produzir conteúdos para a Internet, são domínios estratégicos do

conhecimento a que não poderemos ficar alheios. Não nos podemos circunscrever à

formação de potenciais consumidores de informação. Pelo contrário, o desafio da

escola do futuro está na capacidade de formar para a produção, tratamento e difusão

da informação.”

1. Introdução

9

1.2 – O computador na educação

A utilização do computador no processo ensino – aprendizagem tem sido motivo de

investigações nas mais variadas esferas, por exemplo: na mudança dos paradigmas

educacionais [9], na utilização do computador como recurso auxiliar – inovação

conservadora [10: pp.199-216] e na mudança de actuação do educador [11]. Existem

pesquisas relacionadas “quando”, “como” e “onde” usar esta ferramenta no meio

educacional [2, 12].

A questão “quando” utilizar o computador está centrada no estabelecimento de

critérios de decisão do momento apropriado à utilização desta tecnologia no processo

educativo. Hoje os computadores estão a ser utilizados desde o 1º ciclo do ensino básico

até ao ensino universitário. Também faz parte da educação informal, onde os indivíduos

trocam informações e experiências no quotidiano das suas vidas, de forma muitas vezes

involuntária, no trabalho, no comércio ou no lazer.

A utilização dos computadores no meio educativo é hoje uma das questões mais

pertinentes e debatidas. Existem diversas maneiras de “como” utilizar os computadores na

educação. O computador pode ser usado na educação como máquina de ensinar ou como

ferramenta. O uso do computador como máquina de ensinar consiste na informatização dos

métodos de ensino tradicional. Do ponto de vista pedagógico, esse é o paradigma

instrucionista. Alguém implementa no computador uma série de informações, que devem

ser passadas ao aluno na forma de um tutorial, exercício prático ou jogo.

Entretanto, é muito comum encontrarmos essa abordagem sendo usada como uma

abordagem construtivista, ou seja, para propiciar a construção do conhecimento na mente

1. Introdução

10

do aluno. Embora, o paradigma seja ainda instrucionista, esse uso do computador tem sido

caracterizado, erroneamente, como construtivista no sentido piagiano.

Piaget [13] observou que a criança constrói a noção de certos conceitos porque ela

interage com objectos do ambiente onde vive. Essa interacção propicia o desenvolvimento

de esquemas mentais, e portanto à aprendizagem. Entretanto, esse desenvolvimento é fruto

do trabalho mental da criança e não de um processo de ensino ou transmissão de

informação.

Com o objectivo de evitar essa noção errónea sobre o uso do computador na

educação, Papert [14] denominou de construcionista a abordagem pela qual o aprendiz

constrói, através do computador o seu próprio conhecimento – paradigma construticionista.

Na noção de construticionismo de Papert existem duas ideias que contribuem para que este

tipo de construção do conhecimento seja diferente do construtivismo de Piaget. Primeiro, o

aprendiz constrói alguma coisa ou seja, é a aprendizagem através do fazer, do “colocar a

mão na massa”. Segundo, o facto de o aprendiz estar construindo algo do seu interesse e

para o qual está motivado. O envolvimento afectivo torna a aprendizagem significativa.

O computador no paradigma construticionista deve ser usado como uma ferramenta

que facilita a descrição, a reflexão e a dispersão de ideias. Então o computador pode ser

utilizado nos mais diversos ambientes, tornando a questão “onde” usar apenas uma

consequência da sua versatilidade.

As características de flexibilidade, aliadas à sua versatilidade, fazem com que o

computador possa ser usado como meio ou recurso didáctico diferente dos tradicionais

abrindo perspectivas ilimitadas.

Actualmente são muito diversas as formas de utilização do computador, quer como

instrumento de investigação quer como ferramenta de ensino e aprendizagem. A

1. Introdução

11

necessidade de diversificar métodos de ensino e aprendizagem para colmatar o insucesso

escolar e a falta de material nas actividades experimentais, que é visível nas Ciências

Naturais e Exactas, conduzirá ao uso crescente do computador no ensino das ciências

nomeadamente na Física e Química [1].

1.2.1 – A integração do computador na educação

A utilização de computadores no processo ensino-aprendizagem tem aberto um leque

de discussões a esse respeito. Não é um assunto consensual, as divergências são inúmeras e

as resistências bem grandes.

Muitos educadores pensam que a utilização do computador na escola irá mudar

totalmente a sua forma de actuação [11].

Alguns afirmam que o computador pode substituir os professores, mudando a escola,

tornando-a diferente da que estamos acostumados a conviver. Eliminar-se-ia o contacto do

aluno com o professor e, portanto, desaparecia o contacto humano da educação. Este receio

é mais que evidente quando se adopta o paradigma instrucionista. Nesse caso, tanto o

professor como o computador podem exercer a função de transmissores de factos. Assim,

se o professor se colocar nesta posição certamente que corre o risco de ser substituído [15].

Outros pensam que o computador virá contribuir muito para a escola e para o

processo ensino-aprendizagem, porém não descartam a participação do professor [14].

Talvez o professor e a própria escola tenham actuações diferentes das que tenham

hoje, porém devem coexistir.

Já outros pensam [10] que a contribuição que traz a utilização de computadores na

educação não passa de inovações conservadoras, onde o computador apenas realiza o que

1. Introdução

12

já vinha sendo feito por outros meios ou recursos auxiliares do professor, tais como:

retroprojector, projector de slides, filmes. Para estes educadores o computador traria

contribuições substanciais em termos didácticos e pedagógicos mas não epistemológicos.

O computador como meio didáctico é utilizado para demonstrar um fenómeno ou

conceito, antes deste ser transmitido ao aluno. Estas características do computador como a

capacidade de animação e a facilidade de simular fenómenos, contribuem para que ele seja

facilmente usado na condição de meio didáctico. No entanto, isto pode ser caracterizado

como uma subutilização do computador se pensarmos nos recursos que ele oferece como

ferramenta de aprendizagem: motivar e despertar curiosidade do aluno; desenvolver o

raciocínio ou possibilitar situações de resolução de problemas [15].

Citando Jorge Trindade [1]:

“O balanço da utilização dos computadores no ensino revela-se

inegavelmente positivo não apenas por ser um instrumento imprescindível a um

ensino activo, baseado na descoberta progressiva do conhecimento pelo aluno e na

autonomia maior do processo de aprendizagem, mas também porque, levantando

novas questões e ressuscitando algumas questões antigas, relançou a discussão em

torno de assuntos cruciais como as relações professor/aluno, aluno/aluno e o

desenvolvimento das capacidades tanto do professor como do aluno.”

Mas existem ainda algumas dificuldades que temos de superar para este ensino

activo, tanto a nível material como pedagógico, das quais salientamos [16]:

A nível material:

Nas nossas escolas ainda não existe um computador para cada aluno nas

aulas.

1. Introdução

13

O hardware torna-se rapidamente obsoleto, tendo de existir uma renovação

constante do mesmo, também devido ao aparecimento constante de novos e

melhores programas cada vez mais exigentes.

A nível pedagógico:

A selecção de um programa adequado e educativamente relevante passa

pela facilidade de acesso que o professor tenha à informação disponível

sobre o mesmo (guias, relações editoriais, novidades de publicações

periódicas). Isto implica que é necessário facilitar o acesso (por exemplo

serviços “on-line”) e completar a informação sobre programas, incluindo

documentação detalhada com: objectivos educativos, procedimentos de

avaliação, destinatários e materiais informáticos de apoio para melhorar esta

situação.

Descobrir o potencial curricular de um programa, integrá-lo na planificação

de uma unidade didáctica e reflectir antes da sua utilização sobre as suas

possibilidades metodológicos (aspectos pedagógicos/instrutivos), para

trabalhar com o mesmo exige dispor de um tempo extra. É preferível que

esta tarefa seja realizada por equipas de professores, antes que por um

professor individual e para isso existe a necessidade de apoio interno e

externo.

Avaliados aspectos como a qualidade técnica (execução, início e

manuseamento, qualidade de apresentação, conexão de periféricos) ou o

grau de interactividade (margem de intervenção, possibilidades de retro-

alimentação), a dimensão chave é a valorização da qualidade do programa.

1. Introdução

14

A maior parte dos programas deixa muito a desejar, não sendo utilizado

pelos alunos, quer na sala de aula quer em casa.

1.3 – Realidade Virtual

Não existe uma definição “oficial” do que é a realidade virtual (RV).

Segundo Roehl [17] “A realidade virtual é uma simulação de um ambiente

tridimensional gerada por computadores, em que o utilizador é capaz tanto de ver como

de manipular os conteúdos desse ambiente”.

Esta definição tem como chave três aspectos:

Simulação gerada em computadores

Tridimensional

Interactiva

Um usuário de um sistema de RV tem a liberdade de explorar o ambiente e

interactuar com ele numa forma nova e excitante.

Para Maria Lurdes Camacho [18] “a realidade virtual possui um grande potencial

educativo e, desde que seja utilizada correctamente poderá tornar-se num instrumento do ensino –

– aprendizagem versátil e de grande eficácia. Esta nova tecnologia educativa assenta então em

três pilares essenciais: imersão, interactividade e manipulação”.

No âmbito da realidade virtual Jorge Trindade [19] refere dois casos mais salientes na

aprendizagem da Química, Chemistry World, ambiente virtual para o estudo de átomos e

moléculas, e da Física, O Newton World, ambiente para o estudo da colisão de partículas.

A realidade virtual constitui um instrumento importante para a Química

nomeadamente na modelação molecular, em que podemos criar, visualizar e animar os

modelos a 3D [20].

1. Introdução

15

Jorge Trindade [1] concebeu o Água Virtual, um ambiente virtual tridimensional que

envolve conceitos sobre fases da água, transições de fase e orbitais atómicas do hidrogénio.

Este ambiente virtual pode ser visto através do ecrã de um computador, ou através de

óculos estereoscópicos, que dão a sensação de relevo, profundidade e imersão. Este

trabalho foi desenvolvido no âmbito da sua tese de doutoramento e efectuou o estudo sobre

o uso de ambientes virtuais no ensino e na aprendizagem da Física e Química.

1.3.1 – A Linguagem de Modelagem em Realidade Virtual (VRML)

A Linguagem de Modelagem em Realidade Virtual (VRML) é o padrão para a

transmissão de ambientes virtuais em Internet. A VRML é, para ambientes 3D, o

equivalente de HTML para o formato de um documento. Com um simples arquivo de texto

VRML, pode-se descrever a aparência e o comportamento de um mundo virtual, e navegar

por ele sem restrições [21].

A VRML é a basicamente uma linguagem para descrever mundos virtuais, muito

similar em alguns aspectos a outras linguagens usadas para a comunicação com os

computadores. Por isso não estamos a falar de textos, imagens estáticas ou animações, mas

sim de verdadeiros mundos tridimensionais. Quando se abre um arquivo VRML com um

software adequado, não estamos a recuperar a informação ao estilo de quando se abre um

documento de texto em Word, estamos a entrar no mundo virtual. Um arquivo VRML

actua de um modo muito parecido a um arquivo HTML, porque todo ele está descrito

como texto. No entanto, em vez de trabalhar com documentos de texto em duas dimensões,

descrevem-se objectos em 3D [21].

1. Introdução

16

A VRML é uma tecnologia relativamente nova. A primeira versão completou-se em

Agosto de 1995 e a segunda em 1996 [21].

Segundo Lemay et al [22]:

“VRML é muito mais que um simples formato de arquivo: é uma ideia, um

sonho e um objectivo. Para compreender a importância de VRML necessitamos ter

uma visão de todo o que se pode tornar possível uma vez que a especificação

amadurece e se disponha de hardware e software mais potente”

1.3.2 – Aplicações da Realidade Virtual

Apesar das limitações actuais, a tecnologia da RV está a ser utilizada em muitos tipos

de actividades diferentes (Ensino, Medicina, Arquitectura, …), bem como no ensino da

Biologia, Física, Química, História e Geografia.

A RV fornece um conjunto de características que a tornam única como meio de

aprendizagem [1,21]:

Ferramenta poderosa para o estudo e modelagem de processos e fenómenos de

dimensão espacial;

Os alunos desfrutam do trabalho com ambientes virtuais, pelo que estas

experiências podem resultar extremamente motivadoras;

Os professores percebem mudanças no seu papel perante uma turma. Em vez de

serem transmissores com todas as respostas, desempenham o papel de

orientadores que apoiam os estudantes no descobrimento dos ambientes e na

construção de ideias e juízos baseados na informação recompilada em esses

mundos;

1. Introdução

17

Os ambientes virtuais permitem situações de aprendizagens por tentativas e erro

que podem encorajar os alunos a explorarem uma larga escolha de

possibilidades;

O aluno é livre para interagir com os objectos virtuais realizando experiências

na primeira pessoa;

A realidade virtual pode adquirir e mostrar graficamente dados em tempo real;

Não há limitações de idade na aplicação da tecnologia RV na educação: podem

beneficiar-se alunos desde a primária até ao universitário;

1.4 – Laboratórios Virtuais

O Laboratório Virtual consiste num programa informático para a prática e simulação

de actividades desenvolvidas em laboratórios. Estes programas informáticos devem possuir

as seguintes características gerais [23-25]:

As experiências tratadas devem realizar-se passo a passo e seguindo o mesmo

procedimento dos trabalhos de laboratório, isto é, devem visualizar-se

processos e aparelhos através de animações seguindo o modo de operação do

laboratório;

Obtêm-se resultados numéricos e gráficos que se tratam matematicamente para

a obtenção das conclusões, de acordo com a planificação das disciplinas em

causa;

Devem incluir ajudas permanentes e acessíveis desde qualquer parte do

programa, assim como textos tutoriais onde se explicam os conceitos teóricos

1. Introdução

18

necessários, incluídos na própria ajuda ou remetendo à bibliografia

correspondente, livro ou endereço da Internet;

As unidades dedicadas à autoavaliação do aluno são uma parte importante

destas aplicações em que se realizam perguntas de escolha múltipla e onde o

programa informa o resultado obtido e portanto o grau de assimilação do

resultado obtido. As questões podem ser introduzidas livremente pelo professor.

1.4.1 – Vantagens e desvantagens do LV

Vantagens da utilização de LV em Física e Química [23-25]:

Com a utilização de LV torna-se viável realizar experiências que só seriam

possíveis de serem efectuadas em laboratórios muito bem equipados;

A realização de actividades experimentais com reagentes tóxicos o que seria

impensável num laboratório real;

Possibilita uma melhor visualização de certos fenómenos físicos na medida em

que torna possível a inclusão de elementos gráficos e de animações num mesmo

ambiente;

Permite poupar reagentes e material, evitando igualmente o lançamento de

resíduos químicos nos esgotos;

Permite repetir muito rapidamente todo ou parte do procedimento experimental.

1. Introdução

19

Como desvantagens podemos salientar:

Não conseguem simular os cheiros inerentes ao laboratório real. Por

exemplo, quando se realiza em Química Orgânica a síntese dos ésteres

sabemos que estes produzem os seus odores característicos;

Não permite nem ensina aos alunos o manuseamento correcto do material

de laboratório. Deste modo, não estimula nem avalia a destreza física para o

trabalho laboratorial;

Quem utiliza um laboratório químico real deve ser treinado para ser

cuidadoso tanto no manuseamento de equipamento como na utilização e

armazenagem de produtos químicos. Este treino não está presente na

utilização do laboratório virtual. Por isso o aluno não desenvolve atitudes de

responsabilidade, prevenção e confiança;

A Química, como ciência eminentemente experimental, necessita, a todo o

momento, de medir propriedades ou grandezas e não há nada mais certo do

que errar quando se faz uma medição. No laboratório virtual o aluno não

desenvolve o espírito crítico associado aos desvios obtidos em relação ao

valor da grandeza a medir.

1.4.2- Alguns estudos sobre aplicação do LV ao ensino da Física e Química.

Existem publicados alguns estudos sobre a utilização de Laboratórios Virtuais no

ensino da Física e Química.

Lucero et. al.[26] efectuaram um estudo sobre a utilização de laboratórios virtuais no

ensino da Física que foi aplicado a 57 alunos do 3º ano de Bioquímica. Os alunos foram

1. Introdução

20

divididos em 4 grupos de modo que o primeiro efectuou o estudo teórico, o segundo fez a

identificação das variáveis e realizou o procedimento experimental a seguir, o terceiro

realizou primeiro a actividade experimental no laboratório real e depois no laboratório

virtual e por fim o quarto utilizou em simultâneo os dois laboratórios real e virtual. Através

deste estudo concluíram que os alunos compreenderam melhor a actividade prática quando

se utilizaram em simultâneo os dois laboratórios e que a utilização de laboratórios virtuais

ajudam os alunos a compreenderem melhor os conteúdos leccionados. Por outro lado, a

utilização do laboratório virtual implica um tempo lectivo menor do que o laboratório real.

Yamamoto et. al. [25] realizaram um estudo sobre as possibilidades do uso do

computador como ferramenta pedagógica, nomeadamente na simulação de experiências de

Física. Este estudo foi realizado em três etapas. A primeira etapa foi efectuada em aulas

laboratoriais com alunos do segundo período do curso de engenharia, matriculados em

Física II (1996), na qual foram utilizadas algumas simulações. Na segunda etapa, foi

introduzido de forma sistemática um software de simulação para a realização de

demonstrações em aulas teóricas. O estudo nesta etapa teve três formas básicas, uma em

que a aula completa era de simulação, outra que era intercalada com conteúdos teóricos e

na última eram utilizadas as simulações depois da discussão teórica. A terceira etapa está

em fase de estudo e pretende-se efectuar o levantamento do ganho conceptual obtido com a

aplicação das simulações em sala de aula. As duas etapas foram avaliadas com a aplicação

de inquéritos aos alunos.

Como conclusão do estudo verificou-se que a utilização de simulações aumenta a

motivação dos alunos para os conteúdos a leccionar, tornando-os mais participativos nas

aulas e aumentando assim a interacção aluno/professor. Nas aulas teóricas a aplicação das

simulações depois da discussão teórica teve maior aceitação por parte dos alunos.

1. Introdução

21

M. Rita Otero [27] efectuou uma investigação que aborda a relação entre as imagens

externas e a construção do conhecimento no ensino da Física. Ao avaliar o rendimento

médio dos alunos submetidos ao tratamento clássico e à utilização de laboratórios virtuais,

verificou que não existiam diferenças estatísticas nos pré e pós-testes de avaliação (unidade

didáctica; oscilações livre, amortizadas e forçadas) efectuados pelos dois grupos (controle

e o experimental) No entanto os alunos do grupo experimental (LV) referiram que a

utilização do laboratório virtual os ajudou na compreensão das questões elaboradas no pós-

teste. M.Rita Otero refere que em relação ao aspecto qualitativo não nos devemos alhear do

efeito motivador que a utilização dos laboratórios virtuais produz.

Do mesmo modo, P. Martínez-Jiménez et. al. [24] concluem que o uso de

laboratórios virtuais contribui para melhorar o trabalho de alunos que têm maiores

dificuldades na aprendizagem. Os alunos melhoram a compreensão das técnicas e

conceitos básicos usadas nas actividades experimentais. O laboratório virtual pode

complementar o método tradicional, porque:

• Relaciona os aspectos teórico-práticos no ensino da Química.

• Identifica instrumentos e processos para entender os fenómenos de cada

experiência.

• Melhora o processo de aprendizagem, permitindo um encorajamento de

aquisição de habilidades científicas.

• Ensina a utilizar os aparelhos em Química.

• Permite uma análise dos resultados experimentais.

Cordelia Zimmerer et. al [28] efectuaram um estudo sobre a aprendizagem pela

Internet num curso laboratorial de Química Analítica. Foi aplicado a alunos do referido

curso nas disciplinas de Análise Quantitativa (teórica e laboratorial) e Química Analítica

1. Introdução

22

Instrumental (teórica e laboratorial). A parte laboratorial inclui 13 actividades

experimentais virtuais (IR, GC, UV/VIS, H-NMR, C-NMR, Raman), efectuadas por

grupos de 4 alunos e um supervisor. Foi utilizado essencialmente GC (cromatografia

gasosa) virtual. Deste estudo concluíram que a Internet providencia uma excelente

vantagem na apresentação de material num ambiente dinâmico. Os aparelhos virtuais

ajudam os alunos a desenvolver apropriadamente modelos mentais antes de começaram o

exercício proposto. O modelo mental é traduzido em propriedades relevantes. Enquanto

constroem o modelo mental os alunos desenvolvem uma estratégia para concretizar a tarefa

final. A utilização de instrumentos virtuais causa a inversão do processo de aprendizagem,

existe uma mudança do paradigma do “pusch” para o “pull mechanism”1. Os alunos

referiram ainda que a utilização do GC virtual é fundamental para entender os princípios

experimentais do GC real.

1.5 - Objectivos do trabalho

O propósito do presente estudo tem por base conhecer a contribuição do laboratório

químico virtual (LQV) nas aprendizagens no laboratório químico real (LQR). Os principais

objectivos que pretendemos atingir foram:

• Tipificar os alunos que usam as TIC na realização de tarefas escolares e conhecer

de forma qualitativa o seu uso;

• Avaliar a valoração atribuída por alunos ao uso das TIC na concretização das suas

actividades escolares;

1 Não foi efectuada a tradução por se perder o conceito descrito pelo autor

1. Introdução

23

• Potenciar o desenvolvimento da oferta e utilização das TIC, da Sociedade de

Informação e da nova realidade tecnológica emergente;

• Compreender a importância da aplicação de diversos métodos de ensino

-aprendizagem para a reconstrução do conhecimento científico;

• Avaliar as potencialidades da utilização do laboratório químico virtual para um

sucesso efectivo do processo ensino - aprendizagem;

• Conhecer os condicionantes da utilização dos laboratórios químicos virtual e real;

• Reconhecer a importância dos dados fornecidos utilizando o laboratório químico

virtual para validação dos resultados obtidos no laboratório químico real;

• Perspectivar a evolução das metodologias/tecnologias num futuro próximo de

acordo coma actuais necessidades do “aprender” a resolver as actuais

necessidades do Homem de ciência;

• Criticar as linhas evolutivas das metologias usadas no ensino - aprendizagem na

tentativa de resolver situações problema com que a ciência se deparou no passado

e deparará no futuro.

1.6 – Sinopse

Este trabalho está organizado da seguinte forma:

No capítulo 2 descrevemos os laboratórios químicos virtuais ChemLab, Clemland6,

Le Chat, ACDLabs e o Virtual Lab. Efectuamos ainda a organização de cada programa e a

sua aplicação aos conteúdos programáticos do ensino básico e secundário.

1. Introdução

24

No capítulo 3 expomos a metologia utilizada, definindo claramente os objectivos e as

hipóteses de trabalho, as variáveis a utilizar, os instrumentos de avaliação delineados, os

vários momentos da sua aplicação e os procedimentos adoptados.

No capítulo 4 apresentamos os principais resultados obtidos, análise e discussão.

Por último apresentamos as principais conclusões deste trabalho.

Para complementar e/ou fundamentar a exposição ao longo dos vários capítulos

apresentamos diversos anexos.

O anexo 1 reúne os conteúdos programáticos e/ou objectivos gerais da disciplina de

Ciências físico-químicas do ensino básico (nomeadamente Química) e Química A do

ensino secundário e o antigo programa de 10º ano e 12º ano de escolaridade.

O anexo 2 apresenta os protocolos das actividades experimentais utilizados no LQR e

LQV.

O anexo 3 contém os inquéritos utilizados na elaboração deste trabalho,

nomeadamente o inquérito inicial e o realizado durante a utilização do LQR e LQV.

O anexo 4 apresenta a grelha de observação de aula.

O anexo 5 reúne as quatro questões colocadas nas fichas de avaliação de

conhecimentos relativas às actividades experimentais A, B, C e D.

22 Laboratórios Virtuais

2. Laboratórios Virtuais

26

Neste capítulo descreveremos a organização dos diversos programas informáticos

utilizados nas aulas teóricas e laboratoriais: ChemLab, Chemland6, Le Chat, ACDLabs e

Virtual lab.

O programa ChemLab é descrito de uma forma mais alargada devido às grandes

potencialidades que o mesmo oferece no processo ensino – aprendizagem e por isso foi

utilizado sempre nas aulas laboratoriais.

De uma forma mais sucinta descrevemos os restantes programas informáticos, mas

sem descurar a informação necessária à sua utilização.

Mostrar-se-á também de que forma os programas se articulam com os conteúdos

programáticos a leccionar, informação necessária aos docentes do 4ºgrupo A para a sua

utilização nas suas aulas.

2.1 - ChemLab 2.1 – edição Professional

O programa ChemLab é um software da Model Science (1994-2003). Foi elaborado

para o Windows e consiste numa simulação interactiva de um Laboratório de Química,

existindo duas versões, uma professional e uma gratuita (freeware). A versão professional

(cerca de 250 Euros) permite a introdução de novos protocolos e reagentes, enquanto a

versão gratuita possui só alguns protocolos básicos de simulação. Ambas as versões podem

ser obtidas através do endereço:

http://www.modelscience.com.

É usado equipamento de modo idêntico ao material de laboratório assim como os

seus processos de utilização decorrentes de uma actividade experimental. O programa


27

possui algumas simulações de actividades experimentais contidas num módulo de

simulações separadas.

O ChemLab permite que os utilizadores experimentem várias actividades numa

fracção de tempo muito pequena, o que não acontece num laboratório real. Ao mesmo

tempo dá ênfase aos princípios críticos e às técnicas da Química experimental. É ideal para

conhecer demonstrações de actividades experimentais perigosas ou que não possam ser

realizadas devido às limitações de tempo lectivo.

Na óptica do utilizador o seu manuseamento e a execução das actividades

experimentais são bastante acessíveis.

O aspecto gráfico do programa é motivador permitindo ao utilizador obter uma

imagem dos ambientes reais bastante fidedigna.

2.1.1 - Simulações do ChemLab

Quando se inicia o programa ChemLab, o primeiro passo a escolher é a simulação da

actividade experimental desejada. Por isso aparece no ecrã uma lista de todas as

simulações presentes no mesmo (Figura 2.1)


28

Figura 2.1 – Módulos de simulação do ChemLab

Nesta lista há dois tipos de arquivos de simulação: (1) o laboratório definido como

“UDL File”, com arquivos de extensão “udl”, que pode ser criado ou editado pelos

utilizadores como uma ferramenta do programa; (2) uma extensão “dll” que não pode ser

criada ou editada por utilizadores (exemplo Acid-Base Titration).

Ao ser seleccionada a simulação desejada, o programa acciona todas as opções

necessárias à execução da mesma.

2.1.2 - Organização do ChemLab

O primeiro impacto do ecrã é bastante atractivo, apresentando as componentes

necessárias à execução de qualquer actividade experimental na parte superior do mesmo.

Na parte inferior, o ecrã, aparece dividido em duas partes. Na esquerda está o protocolo

necessário à execução da actividade e na direita, que está em branco, efectuar-se-á a

simulação da actividade experimental.


29

Figura 2.2 – Organização do ChemLab

O protocolo experimental possui três partes devidamente separadas:

• Introdução

• Procedimento

• Observações

O programa tem a facilidade de podermos aumentar ou diminuir o tamanho

disponibilizado para o texto e para a execução da actividade experimental. Tem ainda a

possibilidade de se fechar a parte do texto e ficar todo o ecrã para a simulação.

Na parte superior possui então todas as opções necessárias à simulação pretendida.

Na opção “Equipment” podemos seleccionar diverso material de laboratório (figura

2.3).


30


31

Figura 2.3 – Principais materiais de laboratório e equipamento disponíveis no ChemLab Pro

Para além do material apresentado na figura 2.3, o programa permite seleccionar

ainda um medidor de pH2, um termómetro e vareta de agitação.

O material mais habitual pode também ser seleccionado directamente na parte

superior escolhendo a figura representativa do mesmo (icon).

Na opção “Chemicals” estão os reagentes necessários à actividade experimental em

causa e na quantidade desejada, seleccionados a partir duma base de dados (figura 2.10).

Nesta opção só temos acesso aos reagentes introduzidos para a realização da actividade

experimental (figura 2.4).

2 Na versão utilizada, apesar de o menu permitir seleccionar a inclusão de um medidor de pH, este apenas indicava o valor 7.0. Até ao momento, este facto parece ser um erro do programa que poderá ser corrigido em futuras versões. Por este motivo o protocolo utilizado pelos alunos foi o fornecido pelo programa (Acid-base titration) cujo conteúdo está em inglês.


32

Figura 2.4 – Exemplo da selecção de reagentes no menu “Chemicals”

Na opção “Procedures”, temos os procedimentos usuais numa actividade

experimental:

• Colocação de etiquetas.

• Filtração/decantação

• Transferir para outro recipiente

• Pipetar

• Conta-gotas

• Propriedades químicas

• Procedimentos do espectrofotómetro

• Traçar gráficos

Na simulação pretendida podemos aceder às propriedades químicas e físicas dos

reagentes e produtos da reacção (figura 2.5).


33

Figura 2.5 – Exemplo da visualização das propriedades químicas e físicas

Na figura 2.6 apresenta-se um exemplo de uma titulação de um ácido forte com uma

base forte.

Figura 2.6 – Titulação de um ácido forte com uma base forte


34

2.1.3 - Elaboração de um protocolo

Como já foi referido anteriormente, a partir de qualquer ficheiro de extensão “udl”

podemos modificar ou criar um novo. Para isso no “ChemLab simulation modules” (figura

2.1) escolhemos a opção “Lab wizards”. Antes de iniciar o processo de criar um novo

protocolo deve-se escrever a introdução, o procedimento e as observações experimentais

(por exemplo em MS-Word) e guardar os respectivos textos no formato Rich Text Format

(RTF) em ficheiros separados.

Podemos então dar início ao processo de criar ou modificar um protocolo. O

primeiro quadro (figura 2.7) serve para dar o nome ao ficheiro (extensão “udl”), o título do

protocolo, uma breve descrição do mesmo e a respectiva autoria. Pode-se ainda colocar

uma palavra passe para impedir a alteração do protocolo por pessoas não intervenientes na

sua elaboração.

Figura 2.7 – Menu de início do processo de criação de um protocolo


35

A seguir aparece o quadro (figura 2.8), que nos permite indicar quais os ficheiros que

contêm o texto com a introdução, procedimento e observações experimentais.

Figura 2.8 – Menu para a introdução dos ficheiros com o protocolo experimental

O passo seguinte consiste em escolher os reagentes da base de dados do programa. A

água está sempre presente em todos os protocolos. Só devemos adicionar os reagentes e

produtos da reacção da simulação pretendida. Quando se adiciona os reagentes aparece um

quadro para assinalar várias opções:

• Stock chemical

• Reaction product

• Unknown

• Solution

Se é uma solução deve-se indicar a molaridade e a cor da solução.


36

Figura 2.9 – Menu de selecção dos reagentes necessários à actividade experimental

Se por acaso o reagente ou produto da reacção não existir na base de dados podemos

adicionar os mesmos preenchendo o quadro (figura 2.10), com as propriedades físicas e

químicas. Do mesmo modo também podemos consultar as referidas propriedades quando

adicionamos os reagentes ou produtos na simulação.

O quadro das propriedades deve ser totalmente preenchido senão o programa não

permite adicionar o reagente. O único ponto que este adiciona automaticamente é o CAS

RN.


37

Figura 2.10 – Menu para adicionar um reagente à base de dados

No passo seguinte podemos escrever as equações presentes no trabalho

experimental. O programa permite avançar mesmo não preenchendo este quadro (figura

2.11). Mas se queremos ter acesso às propriedades químicas dos reagentes e produtos da

reacção na simulação é fundamental preencher o referido quadro. O programa permite

ainda retroceder, se por qualquer lapso nos esquecermos de um reagente ou produto.

Para escrever a reacção devemos ter em atenção os coeficientes estequiométricos da

mesma.


38

Figura 2.11 – Menu para a escrita das reacções químicas que decorrem na actividade

experimental

Ao adicionar a reacção química, aparece um quadro com os seguintes detalhes:

• Nome da reacção;

• É necessário aquecer? /A que temperatura?

• É necessário arrefecer? / A que temperatura?

• Capacidade calorífica;

• Constante de equilíbrio;

• Reacção instantânea;

• Ordem da reacção;

Não é obrigatório preencher todos os parâmetros. Se for uma reacção simples, basta

só colocar o nome da reacção e dizer que é instantânea.


39

Quando se adiciona os reagentes e os produtos à equação química aparece para cada

um deles, um quadro com as seguintes questões:

• Os coeficientes estequiométricos;

• Formação de precipitado;

• Se a solução muda de cor e qual;

Finalmente concluída a operação de elaboração da reacção química o programa

apresenta as opções de laboratório.

Figura 2.12 – Menu para a introdução de opções necessárias à realização da actividade

experimental

O último quadro é a adição de indicadores. A elaboração do protocolo e respectiva

simulação ficam então concluídos.


40

2.1.4 – Defeitos a corrigir em próximas versões

A elaboração dos protocolos não é fácil, e se por algum motivo houver um engano,

depois de todo o processo concluído, não podemos alterar. Temos que iniciar toda a

programação e repetir todos os passos.

A simulação do protocolo experimental não é imediata. Se envolver produtos com

cor ou libertação de um gás são necessárias repetições de programação do protocolo. O

grau de dificuldade é bastante elevado para introduzir as referidas alterações.

Como exemplo, na preparação de uma solução de sulfato de cobre pentahidratado o

programa assume a cor azul do sólido, mas ao adicionarmos a água destilada, a solução

fica incolor. É necessário efectuar muitas tentativas até se conseguir a respectiva simulação

pois não assume de imediato a cor azul da solução.

Outro dos inconvenientes é o medidor de pH. Só funciona na simulação que vem no

programa. Ao programar um protocolo e seleccionarmos esta opção, o valor do medidor de

pH é sempre 7.0 para qualquer ácido ou base.

2.2 - Chemland6

O Chemland é um programa interactivo e foi elaborado para utilização de docentes e

de discentes no estudo dos princípios da química. Trata essencialmente dos aspectos

principais da matéria, como por exemplo a teoria atómica, as leis dos gases, as reacções

químicas, a nomenclatura, a termodinâmica, as soluções, o equilíbrio ácido-base e a

química orgânica.


41

O programa foi elaborado por William J. Vining da Faculdade de Hartwick e pelo

departamento de Química da Universidade de Masschusetts. É um programa gratuito que

pode ser obtido através do endereço:

ftp://soulcatcher.chem.umass.edu/incoming/clsetup.exe.

Este programa pode ser explorado nos diversos conteúdos programáticos desde o 7º

ano de escolaridade até ao 11º ano de escolaridade da disciplina de Ciências Físico-

Químicas e da disciplina de Química do 12º ano de escolaridade3. Também pode ser

utilizado nos novos programas das disciplinas de Física e Química A e B do 10º e 11º ano

de escolaridade4. Os painéis de entrada e de acesso estão representados nas figuras 2.13 e

2.14 respectivamente.

Figura 2.13 – Painel de entrada no programa Chemland

3 De acordo com os programas em vigor no ano lectivo 2002-2003. 4 Programas em vigor a partir de 2003-2004. Para o 12º ano só vigorará a partir de 2005-2006.


42

Figura 2.14 – Painel de acesso a cada um dos temas do programa

Foi utilizado o “ Basic Tasks - Solution Making” na actividade experimental A, como

se mostra no quadro seguinte:

Figura 2.15 – Preparação de soluções


43

2.3 – Le Chat

O programa Le Chat é um programa simulação do equilíbrio químico, elaborado por

Antero Abrunhosa, João Paiva e Victor Gil. Este programa pode ser adquirido através da

Sociedade Portuguesa da Química. A maioria das Escolas Secundárias possui este

programa na sua biblioteca, pois é do ano de 1993.

Figura 2.16 – Painel de entrada do programa Le Chat

Depois de seleccionar a equação química pretendida podemos fazer variar o volume,

a temperatura, a concentração de reagentes/produtos e adição de catalizador. Existe a

opção dos choques eficazes para a formação de reagentes e produtos ou a de elaboração do

gráfico das concentrações de reagentes e produtos em função do tempo.


44

No programa podemos ainda consultar os fundamentos teóricos do Principio de Le

Chatêlier para cada perturbação efectuada. Os alunos podem ainda verificar em que sentido

se desloca o equilíbrio, directo ou inverso, pelo piscar da respectiva seta. Quando se atinge

o novo estado de equilíbrio químico pisca o sinal de igual.

Todos os alunos tiveram acesso a este programa quando se leccionou a unidade

“Equilíbrio Químico”.

Figura 2.17 – Exemplo de uma simulação de equilíbrio químico de uma reacção endotérmica

em que se diminui o volume

Depois de se ter efectuado a investigação deste trabalho foi disponibilizada

gratuitamente a versão de 1998, denominada Le ChatII, a partir do endereço:

http://www.fis.uc.pt/~spf/Soft_c/soft_chtml

Alternativamente é possível comprar uma versão mais completa em CD.


45

2.4 – ACDLabs

O ACDLabs (Chemsketch + 3DViewer) é um programa destinado ao desenho de

estruturas de compostos, extremamente útil em Química Orgânica, conforme documenta a

figura 2.18. Os principais destinatários deste programa são os alunos e os professores

universitários, mas pode ser bastante útil a docentes do ensino secundário para preparação

das suas aulas, nomeadamente na disciplina de Química do 12º ano de escolaridade.

De salientar que é um programa gratuito podendo ser obtido através do endereço:

http://www.acdlabs.com

Este programa possui uma particularidade bastante interessante, pois ao construirmos

uma estrutura de um composto orgânico podemos accionar um programa de visualização

da molécula a três dimensões assim como a sua rotação (figura 2.19).

Figura 2.18 – Exemplo de estrutura desenhada em ACD \ChemSketch


46

Figura 2.19 – Exemplo de estrutura visualizada em ACD\3DViewer

2.5 – Virtual lab

Após o início deste estudo apareceu no mercado um novo programa de simulação de

um laboratório virtual, o “Vlab”. É, igualmente, um programa gratuito podendo ser obtido

através do endereço: http://ir.chem.cmu.edu/irproject/

Figura 2.20 – Apresentação do programa Vlab


47

O seu aspecto gráfico não é tão atraente e motivador como o Chemlab mas traduz

mais rigorosamente o procedimento utilizado no laboratório. Podemos ainda seleccionar

qualquer reagente da base de dados, sem estarmos limitados a um protocolo e realizar

qualquer actividade experimental. A base de reagentes possui ácidos e bases fortes e

fracas, indicadores e diversos sais. Na preparação das soluções pode ser utilizada água

destilada, mas não podemos adicionar nenhum reagente novo, o que limita as actividades

experimentais.

O programa propõe ainda alguns exercícios de aplicação estando as respectivas

soluções no endereço electrónico referido anteriormente.

Ao seleccionarmos um reagente, aparece no ecrã as características do mesmo como

é exemplificado na figura 2.21.

Figura 2.21 – Exemplo de uma simulação de uma titulação de acido forte com uma base forte


48

Existem muitos outros programas que podemos utilizar como recurso didáctico –

Acidbase, ChemBalance, Equachim, Structure Editor. Neste capítulo apenas foram focados

aqueles que se considerou possuírem maior interesse e interactividade.

2.6 – Sugestões de utilização dos diversos programas de Química.

Com base nos novos curricula do ensino básico e secundário efectuamos algumas

sugestões de aplicação tendo em conta o ano de escolaridade e conteúdos programáticos

(anexo1).

Quadro 2.1 – Sugestões de aplicação dos diversos programas de Química

Programa Ano de escolaridade Conteúdo programático

ChemLab Todos os anos de escolaridade

Todos os conteúdos programáticos em que se efectuem actividades experimentais e desde que se elaborem os respectivos protocolos para introduzir no referido programa

8º, 9º 10º e 11º anos

Formulas iónicas; Acerto de equações químicas. Cálculo da massa molar; Cálculo da concentração de uma

solução; Preparação de soluções (cálculos) Cálculo da molaridade; Espectro electromagnético; Absorção e emissão atómica; Efeito fotoeléctrico; Números quânticos; Configuração electrónica; Polaridade das moléculas; Lei dos gases.

9º e 10º anos Tabela Periódica; ligação química.

Chemland6

11º ano

Equilíbrio químico; Principio de Le Chatêlier; ácidos e bases, cálculo de pH; curvas de Titulação, reagente limitante

LeChat 11º ano Principio de Le Chatêlier

ACDLabs 7º, 8º e 9ºanos Material de laboratório Compostos de carbono

Virtual lab 8º e 11º anos Reacção entre ácidos e bases; pH Preparação de soluções


49

Todos estes programas podem ser utilizados no 12º ano de escolaridade, visto que os

conteúdos programáticos da disciplina abrangem os itens atrás referidos (anexo 1). De

referir que um novo programa curricular para o 12º ano está previsto entrar em vigor no

ano lectivo 2005/2006.

33 Metodologia

3. Metodologia

51

3.1 - Tipo de estudo

A investigação desenvolveu-se com o objectivo de avaliar qualitativamente o grau de

aprendizagem obtido com e sem utilização de ambientes químicos virtuais. Paralelamente

pretendeu-se identificar situações em que o LQV potencia ou desfavorece o ensino da

química.

O estudo foi efectuado com uma amostra reduzida de alunos da Escola Secundária do

Rodo (Peso da Régua), o que permitiu concentrá-lo numa situação específica e identificar

os diversos processos em curso.

Trata-se de um estudo descritivo e analítico, uma vez que pretende representar

situações e acontecimentos e descrever algumas das suas inter-relações, de forma a

conhecer melhor a realidade. Contrariamente ao que acontece com diversos estudos

experimentais, não existe um grupo de controlo.

3.2 - Caracterização da amostra

A amostra é constituída por 37 alunos, 15 pertencentes ao género feminino e 22 ao

género masculino, o que corresponde a 41% e 59%, respectivamente (Figura 3.1).

59%

41%

0%

0%Masculino Feminino

Figura 3.1 – Distribuição dos alunos por género

3. Metodologia

52

Oriundos do Concelho do Peso da Régua, os alunos apresentam idades

compreendidas entre os 15 e os 19 anos, tendo na sua maioria, idade igual a 15 anos, o que

corresponde a 43,2% (Tabela 3.1).

Tabela 3.1 – Distribuição etária dos alunos em função do sexo (N = 37)

Sexo Idade (anos) Masculino Feminino Total

15 16 17 18 19

36,4% 22,7% 27,3% 9,1% 4,5%

53,3% 33,3% 13,4%

- -

43,2% 27,0% 21,6% 5,4% 2,7%

Total 100,0 100,0 100,0

Os alunos estão distribuídos por duas turmas do 10º ano de escolaridade.

Através do inquérito preliminar efectuado verificamos que 79,4 % dos alunos

utilizam o computador, mas 51,4% ainda não têm acesso à Internet.

A grande maioria dos alunos, 75,7 %, utiliza o computador para efectuar os

trabalhos escolares.

Tabela 3.2 – Utilização do computador (N = 37)

Sim Não

Utilização do computador 79,4 % 20,6%

Acesso à Internet 48,6 % 51,4% Escola Casa Outro local Local de utilização do computador 29,7% 56,8% 8,1%

Trabalho escolar Lazer Outros Finalidade de utilização do computador

75,7% 56,7% 2,7%

3. Metodologia

53

3.3 - Material e métodos

Para o propósito do presente estudo, os alunos foram divididos, aleatoriamente, por

quatro grupos. Foram escolhidas quatro actividades experimentais do programa de

Química do 10º ano de escolaridade, que foram executadas de acordo com a planificação

da tabela 3.3.

Tabela 3.3 – Planificação das actividades em Laboratório virtual e Laboratório real5.

Actividade A Actividade B Actividade C Actividade D

Grupo 1

Laboratório Químico Virtual

+ Laboratório

Químico Real

Laboratório Químico Real


+ Laboratório

Químico Real


Grupo 2


+ Laboratório

Químico Real



+ Laboratório

Químico Real


Grupo 3 Laboratório Químico Real


+ Laboratório

Químico Real



+ Laboratório

Químico Real

Grupo 4 Laboratório Químico Real


+ Laboratório

Químico Real



+ Laboratório

Químico Real

As sessões de utilização dos programas informáticos tiveram uma duração média de

45 minutos. Antes da utilização de cada programa explicou-se aos alunos o seu

funcionamento. A duração média das aulas em que se aplicou a metodologia “ Laboratório

Químico Virtual + Laboratório Químico Real” é de 90 minutos e a mesma duração total foi

aplicada à metologia “Laboratório Químico Real”.

5 As actividades A, B, C e D estão descritas no anexo 2.

3. Metodologia

54

Depois de cada actividade experimental pedimos aos alunos que respondessem a um

inquérito individual e anónimo (anexo 3) a fim de garantir uma independência das

respostas.

No decorrer das actividades experimentais fomos recolhendo informações e

preenchendo uma grelha de observação (anexo 4).

Trata-se de um questionário com perguntas referentes ao laboratório químico real e

virtual, para que o aluno faça uma auto-avaliação do trabalho desenvolvido. A maioria das

perguntas é fechada, sendo o inquérito dividido em quatro partes:

Parte I – Laboratório real

Manipulação correcta de reagentes e material de laboratório

Respeito e aplicação de regras de segurança

Execução das tarefas propostas

Ajuda do professor para execução das tarefas propostas

Análise crítica dos resultados

Parte II – Laboratório Virtual

Dificuldades na utilização do programa

Identificação e utilização dos reagentes e material de laboratório

Execução das tarefas propostas

Ajuda do professor para execução das tarefas propostas

3. Metodologia

55

Parte III – Laboratório virtual/laboratório real

A motivação na utilização do programa

O recurso do software para melhor compreensão e execução das tarefas propostas

A utilização do programa como instrumento nas aulas experimentais

Parte IV – Comentários e opiniões dos alunos

Foi solicitada a permissão ao estabelecimento de ensino para ser efectuado o

respectivo estudo já descrito. Foram explicados os objectivos do estudo no momento de

aplicação do questionário, tendo também sido dadas algumas instruções de preenchimento,

não esquecendo de salientar a garantia de confidencialidade e a possibilidade de resposta

sob anonimato. Foi ainda referido que as respostas dadas seriam a base de um trabalho de

investigação, pelo que era importante responder com rigor e seriedade às questões, para

que os resultados pudessem ter efectivo interesse.

Por último foi efectuada uma análise dos resultados obtidos pelos alunos às questões

específicas relacionadas com as actividades experimentais, nas fichas de avaliação de

conhecimentos.

3.4 - Procedimentos estatísticos

Após a recolha dos dados, procedemos à sua organização e respectivo tratamento.

Numa primeira fase foi tentada uma abordagem estatística com o programa SPSS, mas,

como a amostra é pequena, a validade dos resultados era muito discutível. Desta forma,

optamos por efectuar um estudo qualitativo, não efectuando, neste trabalho, um tratamento

estatístico.

44 Resultados obtidos, análise e discussão

4. Resultados obtidos, análise e discussão

57

Este capítulo destina-se à apresentação, análise e discussão dos resultados obtidos

através da aplicação do inquérito realizado, observação da aula e fichas de avaliação de

conhecimentos, descritos no capítulo anterior.

A apresentação dos resultados segue a estrutura do inquérito, tal como foi descrito na

metodologia: Parte I – Laboratório real; Parte II – Laboratório virtual; Parte III –

Laboratório virtual/laboratório real; Parte IV – Comentários e opiniões dos alunos.

Para facilitar a visualização dos resultados a apresentação dos mesmos será feita

através de quadros. Para uma melhor compreensão dos quadros explicita-se de seguida as

actividades experimentais assim como os programas utilizados:

• Actividade experimental A

– Preparação de uma solução a partir do soluto sólido.

– Programas ChemLab e Chemland6.

• Actividade experimental B

– Efeito do catalizador na Velocidade da reacção.

– Programas ChemLab.

• Actividade experimental C

– Estudo do deslocamento do equilíbrio. Carácter reversível das reacções químicas.

– Programas ChemLab e Le Chat.

• Actividade experimental D

– Titulação ácido-base em solução aquosa.

– Programas ChemLab e Virtual lab.


58

4.1 – Laboratório real 4.1.1 - Manipulação, correcta de reagentes e material de laboratório

Na actividade experimental A, o grupo 4 não utilizou o LQV e teve alguma

dificuldade em identificar o material necessário à realização da actividade. Na actividade

experimental B, a amostra de alunos é de 35. Faltaram dois alunos, um no grupo 2 e outro

no grupo 4. Todos os grupos antes da actividade experimental C utilizaram o programa Le

Chat nas aulas teórico-práticas, permitindo uma melhor compreensão dos factores que

alteram o estado de equilíbrio químico. Na actividade experimental D (LQR), os grupos 1 e

2 revelaram algumas dificuldades no manuseamento da bureta e do erlenmeyer durante a

titulação ácido-base em solução aquosa. Nesta actividade faltou um aluno do grupo 4.


Manipulei, correctamente, reagentes e material de

laboratório Nunca Poucas vezes Às vezes Quase sempre

Total

LQV +LQR 6

30,0% 14

70,0% 20 Act. Esp. A

LQR 1 5,9%

8 47,0%

8 47,0% 17

LQV +LQR 1 6,2%

4 25,0%

11 68,8% 16

Act. Exp. B LQR 2

10,5% 5

26,3% 12

63,2% 19

LQV +LQR 2 10,0%

18 90,0% 20

Act. Exp. C LQR 1

5,9% 1

5,9% 5

29,4% 10

58,8% 17

LQV +LQR 3 18,8%

13 81,2% 16

Act. Exp. D LQR 2

10,0% 7

35,0% 11

55,0% 20

LQV +LQR 0 1 15 56 72 Total LQR 1 6 25 41 73


59

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Nunca Poucas vezes Às vezes Quasesempre

LQV+LQRLQR

Figura 4.1 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D,

referentes à manipulação correcta de reagentes e material de laboratório

4.1.2 – Respeito e aplicação das regras de segurança

Na actividade experimental A (LQR), alguns alunos dos grupos 3 e 4 tiveram

algumas dificuldades na pesagem do sólido, colocando-o directamente no prato da balança.

Na actividade experimental B (LQR), os grupos 1 e 2 tiveram alguma dificuldade na

quantidade de catalisador a adicionar ao peróxido de hidrogénio, adicionando uma grande

quantidade, tendo, por isso, de repetir a actividade.

Na actividade experimental D (LQV+LQR), o grupo 2 teve algum receio em

manipular o ácido e a base, pois possuíam algumas dúvidas relativas à sua perigosidade.

Para os referidos alunos estes eram tão perigosos que não deviam ser manipulados. Deste

modo, houve necessidade de relembrar as regras de segurança a aplicar na manipulação

dos reagentes.


60


Respeitei e apliquei regras de segurança

Nunca Poucas vezes Às vezes Quase sempre Total

LQV +LQR 9 45,0%

11 55,0% 20

Act. Exp. A LQR 2

11,8% 3

17,6% 12

70,6% 17

LQV +LQR 1 6,2%

2 12,5%

13 81,3 % 16

Act. Exp. B LQR 4

21,1% 15

78,9% 19

LQV +LQR 7 35,0%

13 65,0% 20

Act. Exp. C LQR 3

17,4% 14

82,4% 17

LQV +LQR 6 37,5%

10 62,5% 16

Act. Exp. D LQR 9

45,0% 11

55,0% 20

LQV +LQR 0 1 24 47 72 Total LQR 0 2 19 52 73

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Nunca Poucasvezes

Às vezes Quasesempre

LQV+LQRLQR

Figura 4.2 – Resultados totais obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e

D, referentes ao respeito e aplicação das regras de segurança


61

4.1.3 - Execução das tarefas propostas

Na execução da actividade experimental B, os grupos 3 e 4 (LQV+LQR)

necessitaram de apenas 70 min, enquanto que os grupos 1 e 2 (LQR) ocuparam a duração

normal de aula (90 min).

Na execução da actividade experimental C, os grupos 1 e 2 (LQV+LQR)

necessitaram de 60 minutos enquanto que os grupos 3 e 4 (LQR) precisaram de 80

minutos. O grupo 4 (LQR) revelou alguma dificuldade na utilização do ácido clorídrico e

do hidróxido de sódio. Alguns alunos não leram os rótulos e trocaram os reagentes, pelo

que tiveram que repetir a actividade experimental.

Na actividade experimental D, os grupos 1 e 2 (LQR) executaram a tarefa proposta

em 90 minutos e os grupos 3 e 4 (LQV+LQR) em 70 minutos. O grupo 2 teve alguma

dificuldade em atingir o ponto de equivalência.


Executei as tarefas propostas


LQV +LQR 2 10,0%

18 90,0% 20

Act. Exp. A LQR 17

100,0% 17

LQV +LQR 4 25,0%

12 75,0 % 16

Act. Exp. B LQR 2

10,5% 1

5,3% 16

84,2% 19

LQV +LQR 3 15,0%

17 85,0% 20

Act. Exp. C LQR 17

100,0% 17

LQV +LQR 2 12,5%

14 87,5% 16

Act. Exp. D LQR 5

25,0% 15

75,0% 20

LQV +LQR 0 0 11 61 72 Total LQR 0 2 6 65 73


62

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Nunca Poucasvezes


LQV+LQRLQR


D, referentes à execução das tarefas propostas

4.1.4 – Ajuda do professor para executar as tarefas propostas

Na actividade experimental A, os alunos dos grupos 1 e 2 (LQV+LQR) tiveram

algumas dificuldades na questão formulada no protocolo, necessitando por isso da

intervenção da docente para os orientar na mesma. Os grupos 3 e 4 (LQR) revelaram

bastantes dificuldades no cálculo da massa necessária e pesagem do sólido. De salientar

que são alunos do décimo ano não possuem ainda autonomia na execução de uma tarefa.

São muito inseguros e perguntam constantemente se estão a realizar “bem” a tarefa

proposta.

Como já foi referido anteriormente, na actividade experimental B, os alunos dos

grupos 1 e 2 (LQR) tiveram alguma dificuldade na quantidade de catalizador a adicionar ao

peróxido de hidrogénio.


63

Na actividade experimental D, os grupos 1 e 2 (LQR) tiveram alguma dificuldade

na execução da actividade, nomeadamente no manuseamento da bureta6.


Pedi ajuda ao professor para executar as tarefas

propostas Nunca Poucas vezes Às vezes Quase sempre

Total

LQV +LQR 4 20,0%

5 25,0%

8 40,0%

3 15,0% 20

Act. Exp. A LQR 4

23,5% 10

58,8% 3

17,7% 17

LQV +LQR 4 25,0%

11 68,8%

1 6,2 % 16

Act. Exp. B LQR 2

10,5% 5

26,3% 12

63,2% 19

LQV +LQR 3 15,0%

4 20,0%

12 60,0%

1 5,0% 20

Act. Exp. C LQR 4

23,5% 8

47,1% 5

29,4% 17

LQV +LQR 2 12,5%

3 18,7%

11 68,8 %

16 Act. Exp. D

LQR 2 10,0%

4 20,0%

12 60,0%

2 10,0% 20

LQV +LQR 9 16 42 5 72 Total LQR 8 21 39 5 73

6 Devido ao facto de haver apenas uma bureta disponível e que deixava cair líquido por fora da torneira, foi necessário improvisar uma forma de titular utilizando uma pipeta graduada. É natural que os alunos tenham sentido dificuldade em executar a titulação desta forma.


64

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Nunca Poucasvezes


LQV+LQRLQR


D, referentes à ajuda do professor para executar as tarefas propostas

4.1.5 – Análise crítica dos resultados obtidos

Na actividade experimental A, todos os grupos analisaram criticamente os

resultados obtidos. Os grupos 3 e 4 (LQR) cometeram alguns erros nas pesagens (já

referidos), não obtendo a concentração pretendida, por isso efectuaram uma análise crítica

melhor que os outros grupos.

De um modo geral na actividade experimental B, os alunos analisaram criticamente

os resultados obtidos e identificaram com facilidade o gás libertado.

Na actividade experimental D, os grupos 1 e 2 (LQR) tiveram algumas dificuldades

na análise dos resultados devido aos problemas, já referidos anteriormente, na execução da

tarefa proposta.


65


Analisei, criticamente, os resultados obtidos


LQV +LQR 5 25,0%

9 45,0%

6 30,0% 20

Act. Exp. A LQR 1

5,9% 3

17,6% 13

76,5% 17

LQV +LQR 1 6,2 %

10 62,5%

5 31,2 % 16

Act. Exp. B LQR 2

10,5% 4

21,1% 10

52,6% 3

15,8% 19

LQV +LQR

3 15,0%

12 60,0%

5 25,0% 20

Act. Exp. C LQR

1

5,9% 7

41,2% 9

52,9% 17

LQV +LQR

9 56,2 %

7 43,8% 16

Act. Exp. D LQR

2

10,0% 10

50,0% 8

40,0% 20

LQV +LQR 1 8 40 23 72 Total LQR 2 8 30 33 73

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Nunca Poucasvezes


LQV+LQRLQR


D, referentes à análise crítica dos resultados obtidos


66

4.1.6 – Discussão dos resultados

Com base nos resultados obtidos nos inquéritos efectuados pelos alunos, depois de

cada actividade experimental, verificamos que não existem grandes diferenças em pontos

percentuais entre os dois métodos utilizados. Há, no entanto, algumas observações

interessantes a salientar.

Em relação ao parâmetro um (manipulação), verificamos que o LQR+LQV tem

72,2% em “quase sempre”, enquanto o LQR tem apenas 58,9%. A utilização prévia do

LQV permite ao aluno identificar mais facilmente o material de laboratório no LQR, e

efectua uma manipulação correcta do material e reagentes. A visualização do material no

LQV permite ao aluno associar o nome do material com o objecto em si. Por outro lado, o

programa identifica os reagentes pelo nome, fórmula química e concentração no caso das

soluções, permitindo ao aluno uma melhor compreensão do protocolo experimental. O

aluno, ao utilizar o LQV, pode repetir a actividade experimental as vezes que ache

necessário até cumprir a tarefa proposta sem problemas, o que permite um treino para a

manipulação correcta dos reagentes e material no LQR.

No parâmetro dois (regras de segurança), os alunos que utilizaram o LQR tiveram

mais cuidado com as regras de segurança, 52,0 % no “quase sempre”, enquanto os do

LQV+LQR foi de 47,0%. Podemos apontar que tal diferença se deve ao facto dos alunos

que utilizaram o LQV se sentirem mais à vontade (no LQV não há mãos a manipular

ácidos ou bases, nem vidros partidos a cortar os dedos), descurando as regras de segurança

do LQR.

Nos parâmetros três (execução) e quatro (ajuda do professor) a diferença percentual

entre os dois métodos nos diversos pontos não é superior a 5% por isso os resultados são


67

muito coincidentes. Por tal facto poderemos dizer que não se verificam diferenças

significativas nas aprendizagens no laboratório real quando se utiliza o laboratório virtual

nestes parâmetros. No entanto, o problema ocorrido com a bureta poderá estar a influenciar

os resultados destes parâmetros.

No parâmetro cinco (análise crítica dos resultados), verificamos que o LQR+LQV, no

ponto “quase sempre”, tem 31,9% e o LQR tem 45,3%. Estes resultados podem dever-se

essencialmente aos seguintes factores: i) os alunos do LQV+LQR repetem a actividade

experimental no LQV as vezes que quiserem e por tal facto conseguem diminuir os erros

sistemáticos no LQR (por exemplo erros de paralaxe ou sólidos no prato da balança); ii) os

alunos do LQV+LQR identificam com maior facilidade os erros cometidos na execução da

tarefa experimental (por exemplo a utilização de um vidro de relógio para pesar um sólido

em pó, excesso de catalisador ou troca de reagentes). Os alunos que efectuaram

previamente o protocolo em LQV adquiriram uma informação relativa aos resultados

esperados, possuindo um espírito mais crítico nos resultados obtidos em LQR sempre que

estes se afastam daqueles valores. Para estes alunos, criticar um resultado obtido em LQR,

significa apenas dizer se ele é ou não coincidente com o resultado obtido em LQV. Se o

resultado obtido for diferente não são capazes de indicar as causas prováveis. Para os

alunos que apenas efectuam LQR qualquer valor obtido pode estar certo ou errado, o que

se reflecte na maior percentagem (45,3%) no ponto “quase sempre”.

Em termos lectivos verificamos que os alunos que utilizam o LQV+LQR executam a

mesma actividade em menor tempo que os alunos que apenas efectuam o LQR.

Em termos de observação qualitativa verificamos que os alunos que utilizaram o

LQV são mais autónomos no LQR.


68

4.2 – Laboratório Virtual

4.2.1 – Dificuldades na utilização dos programas

Na actividade experimental A, preparação de uma solução, foi utilizado o programa

ChemLab como laboratório virtual e o programa Chemland6 para calcular a massa molar e

a massa de reagente necessária para preparar a solução pretendida. Os grupos 1 e 2 tiveram

algumas dificuldades em compreender que era previamente necessário colocar o gobelé

vazio na balança, tarar, e só depois na colocar o reagente no gobelé. Observamos que neste

processo o LQV se revela extremamente útil para o aluno compreender e treinar as técnicas

que irá empregar posteriormente no LQR, evitando, entre outros, o desperdício de

reagentes. Revelaram igualmente dificuldades na decantação da solução para o balão. A

docente não exemplificou qualquer actividade no programa, explicando só o

funcionamento geral do mesmo, de modo que os alunos o explorassem. No programa

Chemland6 foram efectuados os cálculos acima referidos. Não houve qualquer dificuldade

no manuseamento do mesmo, pois é extremamente acessível, apesar de estar em inglês.

Para a actividade experimental B, grupos 3 e 4, foi igualmente explicado o

funcionamento geral do programa. Os alunos não evidenciaram dificuldades na utilização

e, ávidos de informação, foram mais rápidos que os grupos anteriores. A colocação dos

reagentes foi o obstáculo mais notório.

Como já existe uma certa familiaridade com o programa a única dificuldade

detectada na actividade experimental C, foi a colocação de etiquetas nos tubos de ensaio.

Na actividade experimental D (titulação) foram utilizados o Chemlab e o Vlab. Foi

fornecida aos alunos uma versão impressa traduzida e adaptada do protocolo em inglês do


69

programa Chemlab. A utilização do programa Chemlab não levantou problemas aos

alunos, uma vez que todos eles já estavam familiarizados com o programa. A utilização do

Vlab não levantou qualquer dificuldade apesar de ser a primeira vez que contactavam com

ele.


Tive dificuldades na utilização do programa informático


Act. Exp. A 5 25,0%

6 30,0%

8 40,0%

1 5,0% 20

Act. Exp. B 6 37,5%

5 31,2%

5 31,2%

16

Act. Exp. C 5 25,0%

1 5,0%

13 65,0%

1 5,0% 20

Act. Exp. D 6 37,5%

4 25,0%

5 31,2%

1 6,2% 16

Total 22 16 31 3 72

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Nunca Poucasvezes


LQV+LQR


D, referentes às dificuldades na utilização do programa


70

4.2.2 – Identificação e utilização correcta de reagentes e material de laboratório

Os alunos identificaram com facilidade o material de laboratório, recorrendo ao menu

do equipamento e apontaram algumas falhas no mesmo, por exemplo a inexistência de

funil, tripé e suporte de tubos de ensaio.


Identifiquei e utilizei, correctamente, reagentes e material de laboratório


Act. Exp. A 1

5,0% 7

35,0% 12

60,0% 20

Act. Exp. B 2 12,5 %

14 87,5% 16

Act. Exp. C 1 5,0%

9 4,0%

10 50,0% 20

Act. Exp. D 2 12,5%

4 25,0%

10 62,5% 16

Total 0 4 22 46 72

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Nunca Poucasvezes


LQV+LQR


D, referentes à identificação e utilização correcta de reagentes e material de

laboratório


71

4.2.3– Execução das tarefas propostas

Na actividade experimental A, os alunos tiveram alguma dificuldade no processo de

decantação, não seleccionando o material que queriam sujeitar à referida operação. Após

algumas tentativas superaram a dificuldade.

Na execução da actividade experimental D foi revelado um aspecto negativo no

programa Chemlab relativo ao manuseamento da bureta, pois esta não permite a adição de

quantidades muito pequenas, ultrapassando-se, por vezes, o ponto de equivalência. Esta

contrariedade foi superada pela repetição da experiência e a construção em simultâneo do

gráfico variação de pH em função do volume do titulante adicionado. Foi depois utilizado

o programa Vlab que nesta actividade experimental é extremamente rigoroso.




Act. Exp. A 1

5,0% 19

95,0% 20

Act. Exp. B 1 6,2%

15 93,5% 16

Act. Exp. C 1 5,0%

1 5,0%

18 90,0% 20

Act. Exp. D 4 25,0%

12 75,0% 16

Total 0 1 7 64 72


72

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Nunca Poucasvezes


LQV+LQR


D, referentes à execução das tarefas propostas

4.2.4 – Ajuda do professor para executar as tarefas propostas

Como já foi referido anteriormente, na actividade experimental A, alguns alunos

tiveram dificuldades na colocação do reagente no gobelé assim como no processo de

decantação, tendo sido necessário fornecer algumas pistas para poderem avançar no

procedimento. Os alunos não conseguem uma total autonomia, receiam danificar o

programa, por isso estão sempre a perguntar se podem avançar, apesar da maior parte das

vezes estarem a proceder correctamente. O grupo 2 foi mais autónomo.

Na actividade experimental B, os alunos dos grupos 3 e 4 revelaram um espírito

sagaz, por isso a intervenção da docente foi mínima. Estavam muitos seguros no

manuseamento do programa.

Na actividade experimental C, os alunos dos grupos 1 e 2 tiveram alguma dificuldade

na colocação de etiquetas nos tubos de ensaio, devido a desconhecerem a palavra labels

inglesa, mas foi superada depois da intervenção da docente.


73


Pedi ajuda ao professor para executar as tarefas propostas Nunca Poucas vezes Às vezes Quase sempre Total

Act. Exp. A 3 15,0%

4 20,0%

8 40,0%

5 25,0% 20

Act. Exp. B 3 18,8%

6 37,5%

7 43,7%

16

Act. Exp. C 2 10,0%

3 15,0%

10 50,0%

5 25,0% 20

Act. Exp. D 3 18,8%

3 18,8%

9 56,2%

1 6,2% 16

Total 11 16 34 11 72

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Nunca Poucasvezes


LQV+LQR


D, referentes à ajuda do professor para executar as tarefas propostas


A maioria dos alunos possui computador em casa e consequentemente conseguem

manusear o mesmo com extrema facilidade. Por outro lado constatamos oralmente que

todos os alunos estão familiarizados com os jogos de computador. Por isso só uma pequena


74

percentagem dos alunos (4,2%) teve dificuldade na utilização do programa. Na tarefa

proposta os alunos realizaram a mesma com facilidade (1,4% com “poucas vezes”) e por

consequência este factor reflecte-se na autonomia de execução (15,2% na ajuda “quase

sempre”).

Na observação qualitativa verificamos que os alunos têm uma apetência pelo

computador e a tudo o que esteja relacionado com o mesmo. As aulas tornam-se

dinâmicas, aumenta a interacção aluno/aluno e aluno/professor e os alunos sentem grande

motivação na execução das tarefas propostas na sala de aula.

4.3 – Laboratório virtual/laboratório real

Os resultados dos inquéritos aos alunos realizados após cada actividade experimental

estão traduzidos nos quadros 4.10 a 4.12 e nas figuras 4.10 a 4.12.

Quadro 4.10 – Resultados obtidos no inquérito das actividades experimentais A, B, C e D A utilização do programa “laboratório virtual” é motivadora Discordo

em absoluto

Discordo Não

tenho opinião

ConcordoConcordo

em absoluto

Total

Act. Exp. A 1 5,0%

8 40,0%

11 55,0% 20

Act. Exp. B 2 12,5%

14 87,5% 16

Act. Exp. C 6 30,0%

14 70,0% 20

Act. Exp. D 6 37,5%

10 62,5% 16

Total 0 0 1 22 49 72


75

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Discordo emabsoluto

Discordo Não tenhoopinião

Concordo Concordo emabsoluto

LQV+LQR


D, referentes à motivação para a utilização do programa


O recurso a este tipo de programa ajuda-me a compreender e a executar melhor as tarefas propostas

Discordo em

absoluto Discordo

Não tenho

opinião Concordo

Concordo em

absoluto

Total

Act. Exp. A 1 5,0%

8 40,0%

11 55,0% 20

Act. Exp. B 1 6,2%

1 6,2%

6 37,5%

8 50,0% 16

Act. Exp. C 11 55,0%

9 45,0% 20

Act. Exp. D 1 6,2%

7 43,8%

8 50,0% 16

Total 0 3 1 32 36 72


76

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Discordo emabsoluto


Concordo Concordo emabsoluto

LQV+LQR


D, referentes ao recurso a este tipo de programa ajudar a uma melhor

compreensão e execução das tarefas proposta


Este tipo de programa deveria ser utilizado como instrumento nas aulas experimentais

Discordo em

absoluto Discordo

Não tenho

opinião Concordo

Concordo em

absoluto

Total

Act. Exp. A 1 5,0%

1 5,0%

5 25,0%

13 65,0% 20

Act. Exp. B 1 6,2%

8 50,0%

7 43,8% 16

Act. Exp. C 10 50,0%

10 50,0% 20

Act. Exp. D 1 6,2%

4 25,0%

11 68,8% 16

Total 0 1 3 27 41 72


77

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Discordoem

absoluto


Concordo Concordoem

absoluto

LQV+LQR


D, referentes à utilização do programa nas aulas experimentais


Os resultados deste inquérito permitem concluir que os alunos aderem à utilização

do LQV, sentindo-se motivados, verificando que aprendem a executar melhor as tarefas

propostas e preferindo este modo de aprendizagem.

Concluímos que a utilização dos laboratórios virtuais é extremamente positiva e

motivadora em todo o processo ensino – aprendizagem, pelo o facto de o aluno construir

algo do seu interesse e para o qual está motivado. Este envolvimento afectivo torna a

aprendizagem activa e lúdica [29], evitando que os conhecimentos sejam transmitidos

unicamente pelo professor.


78

4.4 – Sugestões ou comentários dos alunos

De entre as sugestões e comentários escritos e orais emitidas pelos alunos,

salientam-se as seguintes:

• “O programa não deveria estar em Inglês”

• “Eu acho a ideia do laboratório excelente”

• “Achei a aula muito boa”

• “A actividade com o computador mostrou-nos mais claramente como

devemos utilizar o material e adicionar reagentes”

• “Porque não utilizamos sempre os programas nas actividades desenvolvidas

na aula?”

• “Então não vamos usar o computador?”

Estes comentários traduzem uma nítida apetência dos alunos pelas aulas em que se

utiliza o LQV+LQR. Esta motivação acrescida deverá ser utilizada pelos professores para

incrementar o gosto dos alunos pela química como ciência experimental. Esta componente

motivacional revela-se muito importante nas escolhas que os alunos efectuarão

posteriormente a nível do 10º e 12º anos [30].

4.5 – Questões colocadas nas fichas de avaliação de conhecimentos

Ao longo do ano lectivo foram colocadas questões dos conteúdos programáticos,

nas fichas de avaliação. Do mesmo modo foi colocada uma questão de aplicação

relacionada com a actividade experimental.


79

Sem estar a avaliar as evoluções das aprendizagens, as respostas às questões, são

apresentadas conforme as actividades experimentais e os grupos de alunos que executaram

o LQV+LQR e apenas LQR.

Devido à diferença no número de alunos nos dois parâmetros, foi calculada a

percentagem das respostas em função do número de alunos para cada parâmetro (cerca de

73).

Na figura 4.13 apresentam-se os resultados obtidos na ficha de avaliação de

conhecimentos na questão relacionada com a actividade experimental A, preparação de

uma solução.

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Respostanula

Respostaerrada

Respostaincompleta

Respostacerta

LQV+LQRLQR

Figura 4.13 – Resultados obtidos na ficha de avaliação de conhecimentos na questão

relacionada com a actividade experimental A, preparação de uma solução

Os alunos do LQV+LQR obtiveram 15,0% de “resposta nula” e valores inferiores

em todos os parâmetros em relação ao LQR. Estes valores permitem concluir que o uso do

Chemland6 no cálculo da massa molar, número de moles e concentração, ao apresentar os

cálculos já efectuados, inibe alguns alunos de construir o seu conhecimento sobre a

questão. Por consequência, não respondem às questões de aquisição, compreensão e

aplicação de conhecimentos relacionadas com “preparação de uma solução”.


80

Nas figuras 4.14 e 4.15 apresentam-se os resultados obtidos na ficha de avaliação de

conhecimentos nas questões relacionadas com a actividade experimental B (velocidade das

reacções) e C (equilíbrio químico).

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Respostanula

Respostaerrada

Respostaincompleta

Respostacerta

LQV+LQRLQR


relacionada com a actividade experimental B, velocidade da reacção

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Respostanula

Respostaerrada

Respostaincompleta

Respostacerta

LQV+LQRLQR


relacionada com a actividade experimental C, equilíbrio químico


81

Estes resultados indicam pouca diferença entre os alunos que realizaram LQV+LQR

e os que apenas realizaram LQR, no entanto há uma ligeira vantagem para os primeiros no

parâmetro “resposta certa”. O facto das perguntas efectuadas serem de carácter qualitativo

(anexo 5) leva a que os alunos tentem sempre responder (ausência de respostas nulas),

aumentando o número de respostas incompletas.

Na figura 4.16 apresentam-se os resultados obtidos na ficha de avaliação de

conhecimentos na questão relacionada com a actividade experimental D, titulação.

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

Respostanula

Respostaerrada

Respostaincompleta

Respostacerta

LQV+LQRLQR


relacionada com a actividade experimental D, titulação

Nesta actividade, verificamos que os alunos que efectuaram o LQV+LQR

conseguiram, na sua maioria, responder acertadamente à questão proposta, ao contrário dos

alunos de LQR que na sua maioria tiveram resposta nula. Podemos referir que tal sucesso

se deve essencialmente à utilização dos dois programas virtuais, VLab e ChemLab na

titulação de um ácido forte/base forte. Ambos os programas mostram o valor do pH e

indicam o ponto final da titulação através da mudança de cor da solução. O Vlab indica

numérica e graficamente as concentrações de todas as espécies químicas presentes e as

variações de temperatura. Os alunos em LQV puderam repetir a actividade experimental as


82

vezes que acharam necessário antes de a efectuar no LQR. Esta repetição contribui

necessariamente para a compreensão e aquisição do conhecimento.

Ao longo das diversas na ficha de avaliação de conhecimentos, verificamos que os

alunos do LQV+LQR foram obtendo melhores classificações (maior número de respostas

certas) que os alunos do LQR. Não é, porém, objectivo deste estudo avaliar a progressão

do conhecimento, mas sim a contribuição em termos de aprendizagem do LQV. A

utilização do laboratório virtual revela-se bastante positiva no processo ensino –

aprendizagem.

Conclusões

Conclusões

84

A escola faz parte do mundo e para cumprir a sua função de contribuir para a

formação de indivíduos que possam exercer plenamente a sua cidadania, participando nos

processos de transformação e contenção da realidade, deve estar aberta e incorporar novos

hábitos, comportamentos, percepções e demandas. Por isso a escola tem um papel

importante a cumprir na sociedade, ensinando os alunos a relacionarem-se de maneira

selectiva e crítica com o universo de informações a que têm acesso. A implantação das

novas tecnologias no nosso dia-a-dia é primordial e se olharmos em nosso redor,

constatamos que elas fazem parte do nosso mundo actual. É fundamental que todos nós,

que estamos envolvidos activamente no processo ensino – aprendizagem, nos esforcemos

para integrar as novas tecnologias como instrumento de aprendizagem, de modo a

prepararmos os nossos jovens de hoje, para o mundo do trabalho de amanhã, que cada vez

mais envolverá conhecimentos tecnológicos.

Porque educar não é apenas um sinónimo de transmitir conhecimento; educar

abrange uma actuação muito vasta, que vai desde a simples transmissão do saber, ao

desenvolvimento de capacidades e à aquisição de comportamentos, pessoais e sociais, que

auxiliem a integração do indivíduo na sociedade [18].

De acordo com os objectivos formulados, os resultados encontrados, permitiram-nos

inferir que:

√ Dos 37 alunos que integraram este estudo 79,4% utilizam o computador no

seu dia a dia, com 75,7% a usá-lo para a realização dos trabalhos escolares.

Mas só 48,6% dos alunos utiliza a Internet para lazer e pesquisa para a

realização dos trabalhos escolares.

Conclusões

85

√ As actividades experimentais constituem um recurso didáctico no ensino da

Química e que estas podem e devem constituir uma parcela substantiva e

insubstituível nas actividades didácticas – pedagógicas.

√ A partir das actividades experimentais e metodologia empregada

(LQV+LQR), destacamos aspectos pelos quais acreditamos na eficiência

desta estratégia didáctica. Essa foi capaz de estimular a participação activa

dos alunos, despertar a curiosidade e o interesse e propiciar a construção de

um ambiente motivador, agradável e rico em situações novas e desafiadoras

que possibilitaram o pleno desenvolvimento das potencialidades dos alunos.

√ Podemos afirmar que uma vantagem da integração das novas tecnologias no

ensino é o aumento da motivação e de entusiasmo pela aprendizagem. É

uma ferramenta de aprendizagem interactiva e dinâmica, que reúne os

meios que permitem aos alunos concretizar o tipo de aprendizagem que o

mais os motiva.

√ Verificamos ainda que a utilização das novas tecnologias nas aulas

experimentais permite que estas decorram em menor tempo do que

utilizando só a prática tradicional (LQR). É um meio de desenvolver maior

diversidade de estratégias de remediação e/ou reestruturar saberes. Permite

ainda levantar novos problemas associados à natureza investigativa das

Ciências Físico-químicas, mormente na área da Química, e testar várias

hipóteses de resposta às mesmas em tempo útil. A estes factos associa-se

ainda um menor custo económico para as Escolas.

√ Verificamos ainda que a utilização de programas informáticos que efectuem

os cálculos necessários e inerentes a uma actividade experimental só devem

Conclusões

86

ser usados para confirmar os mesmos, porque se os alunos não os efectuam

estes não realizam a construção do conhecimento e por consequência não os

conseguem aplicar.

√ Quando se utiliza o LQV os alunos sentem-se mais confiantes e seguros no

LQR e por este facto descuram algumas regras de segurança; os docentes

devem estar atentos e alertá-los para a importância do cumprimento das

mesmas para a segurança de todos.

√ Um factor importante para a utilização de laboratórios virtuais é a

colmatação dos diversos condicionalismos que as escolas possuem de

ordem física e material, ajudando os docentes no processo ensino -

aprendizagem.

√ Constatamos ainda que a utilização da programas informáticos no ensino

das ciências muda o foco de aprendizagem, passando de absorção de

informação para a construção de conhecimento. Responsabilizamos cada

vez mais o aluno pela sua própria aprendizagem tornando-o mais autónomo

e independente.

A partir deste trabalho, é encorajador afirmar que as actividades experimentais em

que utilizamos em conjunto o laboratório químico virtual e o real, além de proporcionar

um ambiente propício para um ensino activo e efectivo, oferecem a oportunidade de uma

melhor compreensão da Química e a formação de uma postura no aluno de contínua busca

de conhecimentos. Assim o aluno tem a possibilidade de construir e/ou reconstruir os seus

conhecimentos.

Conclusões

87

Este trabalho deixa algumas questões em aberto nomeadamente o estudo da estrutura,

hierarquização e evolução do conhecimento desenvolvida pelo aluno utilizando as novas

tecnologias.

A título de concretização refere-se que, do ponto de vista cognitivo, a aprendizagem

é condicionada pelos conhecimentos anteriores dos alunos, o que coloca a questão da

importância da aplicação de um pré-teste para avaliar as concepções que o aluno tem

relativamente a conceitos associados aos assuntos em estudo.

Após aplicação da prática pedagógica laboratório químico virtual e real, em função

dos conhecimentos prévios, dos alcançados e da confrontação com as observações

realizadas, deve proceder-se à (re)formulação dos conceitos, à generalização dos

conhecimentos e ao estabelecimento de ligações com conhecimentos anteriores. Esta etapa

pode ser alvo de avaliação pela aplicação do pós-teste.

A confrontação dos resultados obtidos nos dois testes e a análise da discussão da

reformulação dos conceitos poderá, certamente, dar indicações acerca da evolução dos

alunos no seu processo de ensino – aprendizagem.

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http://www.moderna.com.br/moderna/fisica/fisicaonline/laboratorio

Laboratórios virtuais em Química

http://www.anachem.umu.se/cgi-bin/pointer.exe?Software

http://prof200.pt/users/anitsirc/index.html

http://www.fc.unesp.br/lvq/menu.htm

http://www.ua.es/centros/ciencias/dqino/docencialaboratoriovirtual

ftp://soulcatcher.chem.umass.edu/incoming/clsetup.exe

http://www.fis.uc.pt/~spf/Soft_c/soft_chtml

http://www.acdlabs.com

http://www.modelscience.com

http://ir.chem.cmu.edu/irproject/

Anexo 1

Conteúdos programáticos

Anexo 1 – Conteúdos programáticos

96

CONTEÚDOS PROGRAMÁTICOS

CIÊNCIAS FÍSICO-QUÍMICAS, COMPONENTE DE QUÍMICA, 10º ANO (antigo)

UNIDADE I – Quantidade em Química

1.1 - Mole, massa molar e volume molar

1.2 - Fórmula química e seu significado

1.3 - Concentrações de soluções

1.4 - O significado das equações químicas. Reacções completas e incompletas.

1.5 - Cálculos baseados nas equações químicas.

1.6 - Fórmulas químicas a partir de reacções químicas

1.7 - Gravimetria e volumetria em determinações analíticas.

UNIDADE II - Velocidade das reacções

2.1 - Velocidade de reacção

2.2 - Efeito da concentração dos reagentes: estudo quantitativo

2.3 - Reacções químicas a nível molecular - mecanismo das reacções

2.4 - Efeito da temperatura

2.5 - Catalizadores – sua importância industrial e biológica


97

UNIDADE III – Reacções incompletas e equilíbrio químico

3.1 -Transformações físicas e químicas

3.2 - Reacções incompletas e interpretação à escala molecular: - equilíbrio químico

3.3 - Múltiplos estados de equilíbrio em sistemas homogéneos e heterogéneos. Princípio de

Le Chatelier e suas aplicações industriais

UNIDADE IV - Um caso particular de equilíbrio: Reacções de ácido-base

4.1 - O ião H+(aq) e o comportamento ácido

4.2 - A transferência de iões H+ e o comportamento ácido-base

4.3 - Força de ácidos e bases

4.4 - Reacções de neutralização

4.5 - Cálculos de pH em soluções de ácidos ou de bases fortes


98

QUÍMICA, 12º ANO (antigo)

1 - Progredindo no estudo da estrutura de átomos e moléculas

1.1 - Suporte experimental para a estrutura electrónica de átomos e moléculas.

1.1.1 - Métodos espectroscópicos.

1.1.2 - Métodos de difracção.

1.2 - A Mecânica Quântica e o estudo da estrutura electrónica dos átomos.

1.2.1 - Números quânticos e orbitais-nuvem no átomo H.

1.2.2 - Átomos polielectrónicos: configuração electrónica e Tabela Periódica.

1.3 - Orbitais moleculares.

1.3.1 - Orbitais moleculares ligantes e antiligantes.

1.3.2 - Regularidades nas fórmulas de estrutura das moléculas.

2 - Progredindo no estudo das ligações intermoleculares e equações dos gases.

2.1 - Ligações intermoleculares.

2.2 - Equações dos gases.

2.3 - Pressão de vapor.

3 - Progredindo no estudo dos compostos orgânicos.

3.1 - Relações entre estrutura e propriedades de compostos orgânicos.


99

4 - Progredindo no estudo da extensão das reacções químicas.

4.1 - Rendimento de uma reacção.

4.2 - Constante de equilíbrio para sistemas homogéneos e heterogéneos.

4.3 - Equilíbrio de solubilidade e factores que afectam a solubilidade de um sal.

4.4 - Equilíbrio ácido-base.

4.4.1 - Cálculos de pH.

4.4.2 - Efeito tampão.

4.4.3 - Titulações de ácido-base.

4.5 - Reacções de oxidação – redução.

4.5.1 - Potenciais normais.

5 - Progredindo no estudo da energia e da entropia em reacções químicas.

5.1 - Calor e trabalho em reacções químicas.

5.2 - 1ª lei da Termodinâmica.

5.3 - Calores de reacção e lei de Hess.

5.4 - Entropia como critério de extensão das reacções químicas: 2ª lei da Termodinâmica.

6 - Química uma ciência em acção.

6.1 - A Química e as suas relações com a Tecnologia e a Sociedade.


100

CIÊNCIAS FÍSICO-QUÍMICAS, COMPONENTE DE QUÍMICA, 7º ANO

Terra em Transformação

Materiais

• Constituição do mundo material.

• Substâncias e misturas de substâncias.

• Propriedades físicas e químicas dos materiais.

• Separação das substâncias de uma mistura.

• Transformações físicas e transformações químicas


Sustentabilidade na Terra

Reacções Químicas

• Tipos de reacções químicas

• Velocidade das reacções químicas

• Explicação e representação das reacções químicas

Gestão Sustentável Dos Recursos

• Recursos naturais – Utilização e consequências.

• Protecção e conservação da natureza.

• Custos, benefícios e riscos das inovações científicas e tecnológicas


101


Viver Melhor na Terra

Classificação dos materiais

• Propriedades dos materiais e Tabela Periódica dos elementos

• Estrutura atómica

• Ligação Química

QUÍMICA A, 10º ANO

Materiais: Diversidade e Constituição

0.1-Materiais

• Qual a origem

• Que constituição e composição

• Como se separam constituintes

• Como se explica a sua diversidade

0.2-Soluções

• Quais e quantos os componentes

• O que são soluções aquosas

• Composição quantitativa de soluções

0.3-Elementos químicos

• O que são

• Como se organizam

• Átomos diferentes do mesmo elemento


102

Das Estrelas Ao Átomo

1.1. Arquitectura do Universo

• Breve história do Universo

Teoria do Big-Bang e suas limitações; outras teorias

• Escalas de tempo, comprimento e temperatura

Unidades SI e outras de tempo, comprimento e temperatura

• Medição em Química

• Aglomerados de estrelas, nebulosas, poeiras interestelares, buracos negros e

sistemas solares.

• Processo de formação de alguns elementos químicos no Universo

As estrelas como "autênticas fábricas" nucleares

• Algumas reacções nucleares e suas aplicações

Fusão nuclear do H e do He

Síntese nuclear do C e do O

Fissão nuclear

• Distribuição actual dos elementos no Universo

1.2. Espectros, radiações e energia

• Emissão de radiação pelas estrelas – espectro de riscas de absorção

• Espectro electromagnético – radiações e energia

• Relação das cores do espectro do visível com a energia da radiação

• Análise elementar por via seca

• Aplicações tecnológicas da interacção radiação – matéria

1.3. Átomo de hidrogénio e estrutura atómica

• Espectro do átomo de hidrogénio

• Quantização de energia

• Modelo quântico

Números quânticos (n, l, ml e ms)


103

Orbitais (s, p, d)

Princípio da energia mínima

Princípio da exclusão de Pauli

Regra de Hund

Configuração electrónica de átomos de elementos de Z =23

1.4. Tabela Periódica - organização dos elementos químicos

• Descrição da estrutura actual da Tabela Periódica

• Breve história da Tabela Periódica

• Posição dos elementos na Tabela Periódica e respectivas configurações

electrónicas

• Variação do raio atómico e da energia de ionização na Tabela Periódica

• Propriedades dos elementos e propriedades das substâncias elementares

• Identificação de uma substância e avaliação da sua pureza

Na atmosfera da Terra: radiação, matéria e estrutura

2.1. Evolução da atmosfera - breve história

• Variação da composição da atmosfera (componentes maioritários) ao longo dos

tempos e suas causas

• Composição média da atmosfera actual

componentes principais

componentes vestigiais

• Agentes de alteração da concentração de constituintes vestigiais da atmosfera

agentes naturais

agentes antropogénicos

• Acção de alguns constituintes vestigiais da atmosfera nos organismos

dose letal

2.2. Atmosfera: temperatura, pressão e densidade em função da altitude

• Variação da temperatura e estrutura em camadas da atmosfera


104

• Volume molar. Constante de Avogadro

• Densidade de um gás

relação volume/número de partículas a pressão e temperatura constantes

relação densidade de um gás/massa molar

• Dispersões na atmosfera

soluções gasosas

colóides e suspensões material particulado

soluções e colóides

• Composição quantitativa de soluções

concentração e concentração mássica

percentagem em volume e percentagem em massa

mg/kg ou cm 3 /m 3 (partes por milhão)

fracção molar

2.3. Interacção radiação – matéria

• Formação de iões na termosfera e na mesosfera: O2 + , O + e NO +

• A atmosfera como filtro de radiações solar

• Formação de radicais livres na estratosfera e na troposfera

HO •, Br • e Cl•

• Energia de ligação por molécula e energia de ionização por mole de moléculas

2.4. O ozono na estratosfera

• O ozono como filtro protector da Terra

Filtros solares

• Formação e decomposição do ozono na atmosfera

• A camada do ozono

• O problema científico e social do “buraco na camada do ozono”

• Efeitos sobre o ozono estratosférico. O caso particular dos CFC’s

• Nomenclatura dos alcanos e alguns dos seus derivados


105

2.5. Moléculas na troposfera - espécies maioritárias (N2, O2, H2O, CO2) e espécies

vestigiais (H 2, CH4, NH3)

• Modelo covalente da ligação química

• Parâmetros de ligação

Energia de ligação

Comprimento de ligação

Ângulo de ligação

Geometria molecular

QUÍMICA A, 11º ANO

1. Produção e controlo – a síntese industrial do amoníaco

1.1. O amoníaco como matéria-prima

• A reacção de síntese do amoníaco

• Reacções químicas incompletas

• Aspectos quantitativos das reacções químicas

• Quantidade de substância

• Rendimento de uma reacção química

• Grau de pureza dos componentes de uma mistura reaccional

• Amoníaco e compostos de amónio em materiais de uso comum.

1.2. O amoníaco, a saúde e o ambiente

• Interacção do amoníaco com componentes atmosféricos

• Segurança na manipulação do amoníaco

1.3. Síntese do amoníaco e balanço energético

• Síntese do amoníaco e sistema de ligações químicas

• Variação de entalpia de reacção em sistemas isolados


106

1.4. Produção industrial do amoníaco

• Reversibilidade das reacções químicas

• Equilíbrio químico como exemplo de um equilíbrio dinâmico

• Situações de equilíbrio dinâmico e desequilíbrio

• A síntese do amoníaco como um exemplo de equilíbrio químico

• Constante de equilíbrio químico, K: lei de Guldberg e Waage

• Quociente da reacção, Q

• Relação entre K e Q e o sentido dominante da progressão da reacção

• Relação entre K e a extensão da reacção

• Síntese do sulfato de tetraaminacobre (II) mono-hidratado.

• Visita a uma instalação industrial.

1.5. Controlo da produção industrial

• Factores que influenciam a evolução do sistema reaccional

• A concentração, a pressão e a temperatura

• A lei de Le Chatelier

• Efeitos da temperatura e da concentração no equilíbrio de uma reacção.

2 - Da Atmosfera ao Oceano: Soluções na Terra e para a Terra

• A água na Terra e a sua distribuição: problemas de abundância e de escassez.

• Os encontros mundiais sobre a água, com vista à resolução da escassez de água

potável.

2.1-Água da chuva, água destilada e água pura

• Água da chuva, água destilada e água pura: composição química e pH

• Ácido ou base: uma classificação de alguns materiais.

• pH uma medida de acidez, de basicidade e de neutralidade

• Concentração hidrogeniónica e o pH

• Escala Sorensen

• Ácidos e bases: evolução histórica dos conceitos

• Ácidos e bases segundo a teoria protónica (Brönsted-Lowry)


107

• Água destilada e água pura.

• A água destilada no dia a dia

• Auto-ionização da água

• Aplicação da constante de equilíbrio à reacção de ionização da água: produto

iónico da água a 25 ºC ( Kw)

• Relação entre as concentrações do ião hidrogénio (H+) ou oxónio (H3O+) e do ião

hidróxido (OH-)

2.2. Águas minerais e de abastecimento público: a acidez e a basicidade das águas

2.2.1. Água potável: águas minerais e de abastecimento público

• Composições típicas e pH

• VMR e VMA de alguns componentes de águas potáveis

2.2.2. Água gaseificada e água da chuva: acidificação artificial e natural provocada pelo

dióxido de carbono

• Chuva normal e chuva ácida.

• Ionização de ácidos em água

• Ionização ou dissociação de bases em água

• Reacção ácido-base

• Pares conjugados ácido-base: orgânicos e inorgânicos

• Espécies químicas anfotéricas

• Aplicação da constante de equilíbrio às reacções de ionização de ácidos e bases

em água: Ka e Kb como indicadores da extensão da ionização

• Força relativa de ácidos e bases

• Efeito da temperatura na auto-ionização da água e no valor do pH

• Neutralização: uma reacção de ácido-base.

• Volumetria de ácido-base:

• Ponto de equivalência e ponto final

• Indicadores

• Dissociação de sais

• Ligação química

• Nomenclatura de sais


108

2.3. Chuva ácida

2.3.1. Acidificação da chuva

• Como se forma

• Como se controla

• Como se corrige

2.3.2. Impacto em alguns materiais

• Ácidos e carbonatos

• Ácidos e metais

• Reacções de oxidação-redução:

• Perspectiva histórica

• Número de oxidação: espécie oxidada (redutor) e espécie reduzida (oxidante)

• Oxidante e redutor: um conceito relativo

• Pares conjugados de oxidação – redução

• Reacção ácido – metal: a importância do metal

• Série electroquímica: o caso dos metais.

• Protecção um metal usando um outro metal

2.4. Mineralização e desmineralização de águas

2.4.1 A solubilidade e o controlo da mineralização das águas

• Composição química média da água do mar

• Mineralização das águas e dissolução de sais

• Solubilidade: solutos e solventes:

• Solubilidade de sais em água: muito e pouco solúveis

• Dureza da água: origem e consequências a nível industrial e doméstico

• Dureza da água e problemas de lavagem

• Solução não saturada e saturada de sais em água

• Aplicação da constante de equilíbrio à solubilidade de sais pouco solúveis:

constante do produto de solubilidade ( Ks)

2.4.2. A desmineralização da água do mar

• Dessalinização

• Correcção da salinização

Anexo 2

Protocolos utilizados

Anexo 2 – Protocolos utilizados

110

Actividade experimental A

Preparação de uma solução a partir do soluto sólido

Objectivo: Preparar 100 cm3 de solução de sulfato de cobre com a concentração

0,10 mol dm-3

Introdução

Qualquer mistura homogénea é uma solução constituída por uma única fase, que

pode ser sólida (caso das ligas metálicas), líquida (caso da água que bebemos) ou gasosa

(como o ar que respiramos).

Os constituintes de uma solução são as substâncias que se misturam para a formar.

Numa solução, pelo menos uma substância, o soluto, está dissolvida noutra, o solvente.

As soluções em que o solvente é a água são especialmente importantes e são

designadas por soluções aquosas. Para salientar a importância das soluções aquosas basta

pensar que, no corpo humano, a água é o solvente do sangue. E também a água o

constituinte mais abundante nas células da maioria dos tecidos.

Ao estudar uma reacção química em solução aquosa, importa saber a quantidade do

soluto que pode reagir com uma outra substância. Como se pode verificar facilmente, uma

solução pode conter maior ou menor quantidade de um dado soluto dissolvido, isto é, pode

encontrar-se mais ou menos concentrada.

Porque o tipo de soluto determina as características físicas (e químicas também)

dessa solução, é de toda a conveniência saber quantificar a sua composição. São vários os

modos de exprimir a composição das soluções. As grandezas que estudamos no presente

ano lectivo são:

• Concentração molar (C)

A concentração molar indica a quantidade química de soluto existente na

unidade de volume da solução, em geral, dm3.


111

VnC =

n- quantidade química de soluto expresso em mol.

V- volume de solução expresso em dm3

C ou [ ] – concentração molar da solução expressa em mol dm-3 .

• Concentração (ou composição) mássica ( Cm)

A concentração mássica indica a massa de um dado soluto existente por cada

unidade de volume da solução.

Cm =Vm

m- massa de soluto existente na solução, expressa normalmente em g ou kg.

V- volume da solução, expresso normalmente em cm3 ou dm3.

Cm- concentração mássica da solução expressa normalmente em g.cm-3 ou

kg.dm-3 ( kg.m-3 no SI )

Procedimento

Antes de passar à fase da preparação propriamente dita, torna-se imprescindível

calcular a quantidade de sólido que se deve pesar para dissolver. Para isso, deve-se,

previamente:

• Determinar a quantidade química de sulfato de cobre pentahidratado que será

necessário dissolver em 100 cm3 de solução para obter a concentração pretendida.

• Calcular a massa correspondente de sulfato de cobre pentahidratado.

• Pesar rigorosamente, dentro do gobelé de 100 ml, a massa de sal necessária à

preparação da solução.

• Adicionar cerca de 40 ml de água desionizada; agitar até completa dissolução.


112

• Transferir a solução para o balão volumétrico; lavar a vareta, o gobelé e o funil com

pequenas porções de água desionizada e transferir estas águas de lavagem para o

balão.

• Completar o volume até ao traço de referência com água desionizada, agitar para

homogeneizar

• Guardar a solução preparada num frasco e rotulá-lo devidamente.

Observações

Elaborar um relatório, indicando os cálculos efectuados e as operações laboratoriais

mais importantes.

Questionário

Como procederias para preparar uma solução 0,050 mol.dm-3 de sulfato de cobre a

partir da solução preparada.


113

Actividade experimental B

Efeito do catalisador na velocidade da reacção

Objectivo: Verificar que a velocidade da reacção depende da natureza do catalisador

Introdução

Os catalisadores são substâncias que aumentam a velocidade de uma reacção, sem

se consumirem. Estas substâncias criam um novo mecanismo para a reacção cujas etapas

elementares são mais rápidas que a etapa determinante da reacção não catalisada.

Reacções químicas diferentes utilizam catalisadores diferentes e a mesma reacção

química pode ser catalisada por catalisadores diferentes.

A velocidade de reacção depende, ainda, da quantidade e do estado de divisão do

catalisador utilizado.

Por vezes, as reacções químicas são catalisadas por um dos produtos da reacção

(autocatálise).

Com este trabalho pretende-se verificar o efeito de diferentes catalisadores sobre a

velocidade de decomposição do peróxido de hidrogénio.

Procedimento

• Coloque em cada um dos tubos (3) de ensaio 5 ml de peróxido de hidrogénio a 20

volumes.

• Numere os tubos de 1 a 3.

• Com uma espátula, adicione ao tubo 2 uma porção de dióxido de manganês em pó.

• Com uma espátula adicione ao tubo 3 uma porção igual de iodeto de potássio.

• Aproxime um fósforo incandescente da boca dos tubos (2) e (3).


114

Observações

Registe o que observar.

Identifique o gás libertado aproximando um fósforo incandescente.

Questionário

Escreva a equação química que traduz a decomposição do peróxido de hidrogénio.

Como é que se pode explicar a grande quantidade de espuma formada?

O que aconteceu ao iodeto de potássio e ao dióxido de manganês?


115

Actividade experimental C

Estudo do deslocamento do equilíbrio.

Carácter reversível das reacções químicas.

Objectivo: Aplicar o Principio de Le Chatêlier ao equilíbrio homogéneo [ião cromato

CrO42-/ ião dicromato Cr2O7

2- ].

Introdução

Com este trabalho pretende-se estudar qualitativamente o equilíbrio químico

homogéneo que se estabelece entre os iões CrO42-/ Cr2O7

2-. Se as concentrações das

espécies presentes no equilíbrio não variarem, as espécies consumidas num certo intervalo

de tempo são regeneradas no mesmo tempo, através da reacção inversa, porque as

velocidades das reacções directa e inversa são iguais. Uma vez estabelecido, este persiste

indefinidamente desde que o sistema não seja perturbado. Quando o sistema em equilíbrio

químico é submetido a qualquer perturbação exterior, o sistema evolui no sentido de

contrariar essa perturbação, de forma a restabelecer um novo estado de equilíbrio.

2 CrO42- + 2H+ ↔ Cr2O7

2- + H2O

Procedimento

• Coloque dois tubos no suporte e numere-os com 1 e 2.

• No tubo 1 coloque 2 ml de solução aquosa 0,10 mol dm-3 de cromato de potássio

K2CrO4.

• No tubo 2 coloque 2ml de solução aquosa 0,10 mol dm-3 de dicromato de potássio

K2Cr2O7.

• Registe as cores das soluções contidas nos tubos 1 e 2.


116

• Ao tubo 1 adicione, gota a gota, uma solução de ácido clorídrico (1 mol dm-3) até

verificar alteração de cor.

• Registe a alteração de cor observada.

• Ao tubo 2 adicione, gota a gota, uma solução de hidróxido de sódio (1 mol dm-3)

até verificar uma alteração de cor.

• Registe a alteração de cor.

• Ao tubo 1 adicione, gota a gota, uma solução de hidróxido de sódio (1 mol dm-3)

até verificar uma alteração de cor.


• Ao tubo 2 adiciona, gota a gota, uma solução de ácido clorídrico (1 mol dm-3) até

verificar alteração de cor.


Observações

• Identifica cada uma das soluções x e y obtidas na sequência das experiências

realizadas com o tubo 1.

H+ (aq) + CrO42- (aq) Solução X + HO- (aq) solução Y

• Proceda como anteriormente, mas em relação ao tubo 2.


117

HO- (aq) + Cr2O72- (aq) Solução W + H+ (aq) Solução Z

Questionário

Interprete as alterações de cor observadas, tendo em conta o equilíbrio

Cr2O72-(aq)/CrO4

2- (aq).

Enuncie o Princípio em que se baseou para a execução deste trabalho.


118

Actividade experimental D

Titulação ácido-base em solução aquosa

Objectivo: Determinar a concentração da solução aquosa de ácido clorídrico, por

reacção com uma solução aquosa de hidróxido de sódio de concentração

conhecida, envolvendo o uso de indicadores

Introdução

Da reacção de um ácido com uma base, em solução aquosa, resulta um sal e água.

Misturemos solução aquosa de HCl (ácido forte) e de NaOH (base forte) nas

quantidades traduzidas pela equação química.

HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H2O (l)

O ácido clorídrico em solução aquosa ioniza-se de forma completa em iões hidrónio

que lhe conferem o carácter ácido:

HCl + H2O → Cl- + H3O+

O hidróxido de sódio em solução aquosa dissocia-se de forma completa em iões

hidróxido que lhe conferem o carácter básico:

NaOH (aq) → Na+ (aq) + HO- (aq)

Misturando as duas soluções, os iões hidrónio e hidróxido encontram-se, formando

moléculas de água:

H3O+ + HO- → 2H2O


119

Quando ácido e base estão presentes nas proporções estequiométricas, isto é, de

modo que o número de iões hidrónio seja igual ao número de iões hidróxido, a solução

resultante da mistura não tem carácter ácido ou básico, mas sim neutro.

[H3O+] = [HO-] pH = 7 (25ºC)

Ficam em solução os iões Cl- e Na+ do sal NaCl.

. Uma reacção deste tipo denomina-se neutralização.

No laboratório, os químicos recorrem à neutralização em dois casos especiais, entre

outros:

• Preparação de sais.

• Determinação da concentração de uma solução.

Procedimento

• Enxague a bureta com a solução de hidróxido de sódio e, em seguida, encha-a com

a referida solução. Ajuste o nível da solução até zero.

• Passe a pipeta e o balão de erlenmeyer com água destilada.

• Deite no balão, com o auxílio da pipeta, 20 ml de ácido clorídrico e junte duas

gotas de fenolftaleína.

• Adicione gota a gota a solução de NaOH, agitando sempre o balão com

movimentos circulares até que a solução mude de cor.

• Registe o volume de NaOH gasto.

• Repita a titulação.


120

Observações

Registe no quadro os resultados obtidos e efectue os cálculos necessários de modo a

completá-los.

1º Ensaio

Soluções HCl de concentração

desconhecida

NaOH de concentração

0,20 mol dm-3

Volume inicial 20 ml -------

Volume gasto --------

Quantidade (mol)

Concentração ---------

2º Ensaio

Volume inicial 20 ml --------

Volume gasto --------

Quantidade (mol)

Concentração -------

Questionário

• Calcule o valor médio da concentração em mol dm-3, da solução de HCl.

• Se misturarmos 20 ml de solução de NaOH, de concentração 0,20 mol dm-3,

com 12 ml de solução HCl, de concentração 0,40 mol dm-3, a solução resultante

será neutra?

Anexo 3

Inquéritos

Anexo 3 – Inquéritos

122

Inquérito 1

1- Ano de escolaridade: _________ 2- Idade: _______

3- Sexo: F ٱ M ٱ

4- Utiliza o computador? sim ٱ não ٱ

5- Onde utiliza o computador?

Escola ٱ Casa ٱ Outro local ٱ 6- Quantas horas por semana utiliza o computador? _________________ 7- Com que finalidade usa o computador?

Lazer (jogos) ٱ Trabalhos da escola ٱ Outro ٱ qual ?______ 8- -Tem acesso à Internet? sim ٱ não ٱ 9- Com que finalidade recorre à Internet?

Lazer ٱ Pesquisa ٱ


123

Inquérito 2

Data: ___________ Grupo:____ Actividade experimental :_________

Preencha o seguinte inquérito colocando uma cruz (X) na quadrícula correspondente à situação que melhor transcreve a tua opinião.

• Laboratório real

Nunca

Poucas vezes

Às vezes

Quase sempre

Manipulei, correctamente, reagentes e material de laboratório

Respeitei e apliquei regras de segurança


Pedi ajuda ao professor para executar as tarefas propostas

Analisei, criticamente, os resultados obtidos

• Laboratório virtual

Nunca

Poucas vezes

Às vezes

Quase sempre

Tive dificuldades na utilização do programa informático

Identifiquei e utilizei, correctamente, reagentes e material de laboratório


Pedi ajuda ao professor para executar as tarefas propostas


124

• Laboratório virtual/laboratório real

Discordo

em absoluto

Discordo

Não tenho

opinião

Concordo

Concordo em

absoluto A utilização do programa “laboratório virtual” é motivadora

O recurso a este tipo de programa ajuda-me a compreender e a executar melhor as tarefas propostas

Este tipo de programa deveria ser utilizado como instrumento nas aulas experimentais

• Espaço reservado para as tuas sugestões e/ou comentários --------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------------------------------------------------- ----------------------------------------------------------------------------------------

Anexo 4

Grelha de observação

Anexo 4 – Grelha de observação

126

Grelha de observação

Data: _____________ Grupo:______ Actividade experimental: ______

• LABORATÓRIO REAL Compreensão da tarefa proposta

Identificação do material e reagentes

Organização do trabalho de acordo com o tempo

Manuseamento do material e reagentes

Autonomia na execução

Dificuldades detectadas na execução da tarefa proposta

Resultados obtidos

Relação e aplicação de conhecimentos

Anexo 4 – Grelha de observação

127

• LABORATÓRIO VIRTUAL Relação aluno/software

Dificuldades no manuseamento do software

Compreensão da tarefa proposta

Identificação do material e dos reagentes

Colocação dos reagentes no respectivo material

Manuseamento do material

Autonomia na execução

Obtenção dos resultados da experiência

Expectativas dos alunos

Questões pertinentes levantadas pelos alunos

Anexo 5

Questões das fichas de avaliação conhecimentos

Anexo 5 – Questões dos testes de avaliação

129

Questões das fichas de avaliação de conhecimentos

Actividade experimental A

Um aluno pretendia preparar uma solução de cloreto de sódio 0,100 mol dm-3. Com

este intuito dissolveu 5,85g de cloreto de sódio em água destilada, perfazendo um volume total de solução de 500,0 ml. Depois de ter preparado a solução verificou os cálculos efectuados e apercebeu-se que se tinha enganado, pois a solução preparada não tinha a concentração pretendida. Sem desprezar a solução, conseguiu resolver o problema. Indica como teria esse aluno resolvido o problema.

Actividade experimental B

Quando se aquece clorato de potássio liberta-se oxigénio:

2 KClO3 (s) → 3 O2 (g)↑ + 2KCl (s) Admitindo que se quer averiguar se um determinado pó negro catalisa a reacção, diga

justificando qual das seguintes experiências se deveria realizar: a) Medir a velocidade a que se formaria O2 a partir de dada massa de KClO3

misturada com o pó e a velocidade a que se formaria sem mistura. b) Medir volumes de O2 produzidos ao aquecer diferentes massas de pó negro com

uma massa determinada de KClO3. c) Medir a velocidade a que se forma O2 quando se aquecem diferentes massas de

KClO3. d) Medir os volumes de O2 produzidos quando se aquecem diferentes massas de

KClO3 com uma massa fixa de pó negro.

Actividade experimental C

Pode escrever-se com tinta invisível usando, em vez de tinta corrente, uma solução

aquosa de cloreto de cobalto. O funcionamento deste processo resume-se a seguir. Em solução aquosa, o cloreto de cobalto forma uma espécie rosada:

CoCl2 + 6 H2O →← [ Co(H2O)6 ]Cl2

rosado ou incolor

em solução diluída

Anexo 5 – Questões dos testes de avaliação

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A espécie formada torna-se azul, segundo a equação:

2 [ Co(H2O)6 ]Cl2 →← Co[CoCl4 ] + 12 H2O azul

Usando uma solução diluída de cloreto de cobalto, o resultado é quase invisível. No entanto, aquecendo um pouco o papel onde se escreveu, a tinta torna-se visível. Depois de arrefecer, volta a ser invisível.

Como explica a “visibilidade” e a “invisibilidade” da tinta quando se aquece ou arrefece o papel da escrita?

Actividade experimental D

Com o objectivo de determinar a concentração de uma dada solução de hidróxido de

sódio, um aluno procedeu da seguinte forma: a) Depois de a lavar, encheu uma bureta de 50,00 ml de solução aquosa de ácido

clorídrico 0,100 mol dm-3. b) Mediu, com uma proveta, 10 ml da solução de hidróxido de sódio a analisar,

transvazou-a para um erlenmeyer e adicionou 2 gotas de solução alcoólica de fenolftaleína.

c) Colocando o erlenmeyer com a solução de hidróxido de sódio sob a bureta, e agitando lentamente, adicionou o ácido gota a gota até que a solução no erlenmeyer ficou incolor. Mediu e registou o volume de ácido gasto: 12,50 ml

d) Repetiu 3 vezes os procedimentos descritos em a), b) e c), tendo obtido os seguintes valores:

11,90 ml; 12,60 ml; 12,40 ml;

1.1 Tendo em conta os valores obtidos, qual a concentração da solução de hidróxido

de sódio? Indique, justificando, se usou todos os valores. 1.2 Concorda com o uso da proveta para medir o volume de solução de hidróxido de

sódio? Justifique

contributo do laboratório químico virtual para aprendizagens no

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