FACULDADE SÃO BERNARDO DO CAMPO

WAGNER ALVES MOREIRACLAUDIA MARIA GARCIA MOREIRA

MARIA LUIZA GARCIA MOREIRA

O jogo Detetive Químico – uma investigação do entendimento do mundo microscópico da eletrólise aquosa

SÃO BERNARDO DO CAMPO2017

FACULDADE SÃO BERNARDO DO CAMPO

WAGNER ALVES MOREIRACLAUDIA MARIA GARCIA MOREIRA

MARIA LUIZA GARCIA MOREIRA

O jogo Detetive Químico – uma investigação do entendimento do mundo microscópico da eletrólise aquosa

Projeto de pesquisa apresentado ao Departamento de Química da Faculdade São Bernardo, como requisito para a aprovação na disciplina monografia I.

SÃO BERNARDO DO CAMPO2017

SUMÁRIO1 INTRODUÇÃO........................................................................................................................1

1.1 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA..................................................................................3

1.2 HIPÓTESES....................................................................................................................5

1.3 OBJETIVOS.....................................................................................................................7

1.3.1 Objetivos Gerais......................................................................................................7

1.3.2 Objetivos Específicos..............................................................................................7

2 JUSTIFICATIVA.....................................................................................................................8

3 ASPECTOS METODOLÓGICOS......................................................................................11

3.1 ESTRUTURAÇÃO DO JOGO.....................................................................................11

3.2 CRONOGRAMA DE PROJETO..................................................................................15

REFERÊNCIAS.......................................................................................................................16

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1 INTRODUÇÃO

Nos níveis fundamental e médio as equações moleculares têm sido ensinadas

aos estudantes de uma maneira dogmática. Com isso os estudantes são levados a

acreditar que esse tipo de representação pode ser aplicada a qualquer tipo de

processo.

Além disso, verifica-se a total desconsideração de que em solução aquosa as

reações ocorrem com as espécies químicas na forma iônica descartando o modelo

proposto por Arrhenius.

Conforme destaca Lopes (1995) a origem histórica do modelo das equações

moleculares pode ser a explicação para o fato de que essas equações sejam

sobrepostas as equações iônicas.

Essa pesquisadora afirma ainda que em 1812 Berzelius criou um modelo de

explicação para as denominadas reações de dupla troca e simples troca baseada na

ideia de que as ligações químicas possuem natureza elétrica e que as substâncias

devem ser representadas por duas partes.

Ressalta-se que uma das partes deve ser eletricamente positiva e a outra

negativa. Assim, os compostos devem ser sempre representados com seus pares

associados, conforme aparecem nas equações moleculares.

Nos materiais didáticos escritos, presentes em nossas salas de aula de

Ensino Médio, vemos que as equações moleculares são empregadas

indistintamente para os meios aquosos e não aquosos.

Nesse contexto, o problema apontado por Lopes (1995) relaciona-se ao fato

de que esses materiais baseiam suas explicações exclusivamente no modelo de

Berzelius, que não é aplicável aos meios aquosos iônicos. Essa autora chama

atenção para esse problema argumentando que:

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Senão, vejamos: a reação de neutralização do NaOH pelo HCl é considerada de dupla troca, quando em solução aquosa deveria ser considerada como síntese da água, a partir de hidrônio e hidroxila. Isso porque a solução aquosa de NaOH é uma solução contendo íons Na+ e OH– dissociados e a solução aquosa de HCl é uma solução contendo íons H3O+ e Cl–. Assim sendo, a reação se dá apenas entre hidrônio e hidroxila. Os íons Na+ e Cl– permanecem dissociados (LOPES, 1995).

Para essa pesquisadora os livros didáticos levam os estudantes a

desconsiderar: a presença de íons no meio aquoso; o modelo de Arrhenius e a

complexidade do nível microscópico das soluções aquosas.

Tendo em vista que o fenômeno de eletrólise é estudado no 2º ano do Ensino

Médio e que nos anos anteriores os estudantes foram expostos ao modelo das

equações moleculares, no contexto destacado por Lopes(1995), surgem então ao

menos dois problemas relacionados ao ensino de eletrólise.

Em primeiro lugar os estudantes terão dificuldades para entender o que

ocorre no interior das soluções durante o fenômeno de eletrólise.

Isso ocorre porque esses em nenhum momento, ao longo de sua formação,

foram levados a pensar nas reações em meio aquoso como resultado de interações

iônicas e empregar um modelo adequado a essas interações.

Em segundo lugar não irão representar adequadamente o nível microscópico

iônico por não estarem familiarizados com equações na forma iônica.

Desse modo, lhes resta apenas memorizar equações e algoritmos

simplesmente para obter notas altas em detrimento de dominar conceitos de

Química.

Verificamos na literatura que muitos pesquisadores (Bomtempo, 1999;

Pereira, 2009; Kuhlmann Jr e Magalhães, 2010) têm discutido o papel pedagógico

que os jogos possuem na educação de crianças e jovens adolescente.

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Conforme destaca (Denzin, 1975) jogos didáticos promovem o

desenvolvimento simbólico dos estudantes por estimulação da imaginação. Cabe

ressaltar que jogos e brincadeiras são fatores de comunicação de maior amplitude

se comparados a linguagem unidirecional da sala de aula tradicional, pois favorecem

o diálogo entre as pessoas com patrimônios culturais diferentes.

Desse modo, julga-se adequado empregar jogos educacionais porque além

de apresentar baixo custo para confecção e aplicação, são facilmente aplicáveis na

sala de aula e geralmente dispensam equipamentos auxiliares.

1.1 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA

Um problema decorrente da memorização de algoritmos e do não

entendimento conceitual é a falta de compreensão de que as equações químicas

devem representar de modo adequado o que se processa no mundo microscópico.

As equações I, II e III foram retiradas de sondagens feitas com estudantes do

Ensino Médio, acerca de seus conhecimentos a respeito da eletrólise de solução

aquosa de cloreto de sódio.

Na → Na + e-     eq. I

Cl + e- → Cl         eq. II

2NaCl  + 2H2O → 2NaOH  +  H2  + Cl2    eq. III

Conforme verificamos nas equações I e II os estudantes representam

processos desbalanceados em relação as suas cargas.

Considerando que esses estudantes deveriam representar adequadamente

os processos químicos iônicos, verifica-se que empregaram equações que são

inadequadas para o fenômeno pois, com essas, desconsideram-se as cargas

iônicas.

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Analisando a equação III identificamos que o modelo de Berzelius é aplicado

ao meio aquoso e que novamente desconsidera-se a presença de íons e suas

cargas elétricas.

Também não leva-se em consideração que mesmo após a eletrólise os íons

permanecem em solução e que escrever na equação NaOH é um modo inadequado

de mostrar como esses átomos estariam dispersos em solução.

Nesse contexto verificamos que o ensino de eletrólise se relaciona ao menos

a três problemas básicos:

(i) Romper a influência do modelo das equações moleculares presentes nas aulas

do 9º ano do Ensino Fundamental e no 1º ano do Ensino Médio;

(ii) Compreender os fenômenos que se processam em soluções aquosas do ponto

de vista iônico;

(iii) Representar o nível microscópico iônico com base nas concepções científicas e

nas equações iônicas;

Com base nesses dados o presente projeto tem como problema de pesquisa

a criação de um jogo que envolve uma situação de aprendizagem por meio da qual

os estudantes sejam levados a desenvolver visões aproximadas do contexto

científico para a representação adequada do fenômeno de eletrólise.

Assim, o presente projeto delimita-se ao redor das seguintes questões:

1. Com um jogo didático – denominado detetive químico - envolvendo eletrólise aquosa é possível favorecer que os estudantes percebam que há mudanças na composição iônica da solução?

2. Que aspectos de uma sequência didática, pensada para o jogo detetive químico, envolvendo uma demonstração investigativa da eletrólise aquosa do NaCl, favorecem a compreensão do nível microscópico e das equações da eletrólise?

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1.2 HIPÓTESES

A partir das questões propostas no item 1.1 propõem-se as seguintes

hipóteses.

Para a questão: Com um jogo didático, denominado detetive químico

envolvendo eletrólise aquosa, é possível favorecer que os estudantes percebam que

há mudanças na composição iônica da solução? – acredita-se que demonstrações

investigativas que possuem apelos sensoriais, tais como: mudanças de cor;

produção de chama; explosões; precipitações etc, são vistas pelos estudantes como

decorrência de mudanças na composição química do sistema.

Para a questão: Que aspectos de uma sequência didática, pensada para o

jogo detetive químico, envolvendo uma demonstração investigativa da eletrólise

aquosa do NaCl, favorecem a compreensão do nível microscópico e das equações

da eletrólise? - acredita-se que a demonstração investigativa por si só não gera

mudanças na compreensão dos estudantes e que essa compreensão pode ser

aprofundada durante a participação no jogo (Denzin, 1975).

Além disso, cabe ressaltar que muitas vezes a demonstração pode reforçar

concepções alternativas porque os estudantes possuem um sistema de concepções

que se acomoda os resultados experimentais, dando um sentido lógico a esses.

Desse modo, a sequência didática por meio da qual o jogo será

implementado, deve apresentar uma boa questão de pesquisa, momentos de erros e

acertos, argumentação científica em pequenos grupos e apresentação de visão

controversa por parte dos estudantes.

Jiménez-Aleixandre et al. (2000) com base em dados da literatura afirmam

que a argumentação científica desempenha um papel central na aprendizagem de

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ciências e que aprender ciência é mais do que aprender os conteúdos dessa

disciplina.

Portanto, acredita-se que o processo de combinar experimento, jogo didático

e argumentação científica favoreçam o desenvolvimento das habilidades

necessárias a representação adequada dos processos de eletrólise em meio

aquoso.

Para que ocorra esse aprendizado (além do simples conhecimento dos

conteúdos da matéria), os estudantes devem ser levados a experimentar como o

conhecimento científico é construído a partir das dúvidas, incertezas e justificativas

de ideias que surgem durante o processo de fazer ciência. Em outras palavras, gerar

um ambiente (durante o jogo) no qual os estudantes vivenciam os passos da

investigação científica.

Dessa maneira, afirma-se que apresentar uma questão de pesquisa que veja

vista pelos estudantes como algo que valha a pena ser investigado e fazê-los

vivenciar o fazer da ciência são os principais aspectos da sequência didática que

favorecem a compreensão da situação-problema.

Para a questão (3) - Que aspectos de uma sequência didática envolvendo

uma demonstração investigativa da eletrólise aquosa do NaCl favorecem a

compreensão das equações da eletrólise? – observa-se que levar os estudantes a

produzir equações para os polos (+) e (-) e para a equação global, socializar essas

equações com todos os grupos e fomentar o debate entre esses pode melhorar a

compreensão das equações da eletrólise.

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1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivos Gerais

Com esse projeto pretende-se investigar como a compreensão do mundo

microscópico relacionado a eletrólise aquosa de sais pode ser favorecida

empregando um jogo didático. Objetiva-se ainda com esse jogo verificar como

fomentar nos estudantes a ruptura com o modelo de Berzelius na representação de

equações na forma iônica.

1.3.2 Objetivos Específicos

Com isso, intenta-se investigar se uma demonstração investigativa

envolvendo a eletrólise de uma solução aquosa de NaCl em meio de fenolftaleína e

uma sequência didática apresentada por meio de um jogo didático favorecem:

(i) A tomada de consciência de que mudanças ocorrem no mundo microscópico a

partir da passagem de corrente elétrica e que essas mudanças geram mudança na

coloração da solução na presença de fenolftaleína;

(ii) A compreensão dos processos da eletrólise em nível microscópico;

(iii) O entendimento da importância das equações iônicas como o meio mais

adequado de representar processos eletrolíticos em meio aquoso.

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2 JUSTIFICATIVA

George Bodner (1986), assinalou a importância do construtivismo no ensino

de Química afirmando que dada a complexidade dos conceitos envolvidos nessa

disciplina o conhecimento simplesmente não pode ser transmitido do professor para

os estudantes.

Para ele os estudantes devem ativamente usar as informações disponíveis a

partir de seu patrimônio cultural e as novas informações para construir seu próprio

conhecimento.

Por outro lado, Soares et. al. (2003) afirmam que no ensino de Química

conceitos microscópicos e abstratos transformam essa disciplina numa espécie de

“vilã” do Ensino Médio. Para esses autores são bem-vindas experiências de sala de

aula que estabeleçam de forma simples uma relação entre os níveis microscópico e

macroscópico em Química.

Além disso, muitos autores têm mostrado em seus trabalhos como os jogos

didáticos são eficientes em despertar o interesse dos estudantes. Ressalta-se que

esse interesse provém da diversão proporcionada pelos jogos e tem como efeito

colateral uma melhora na disciplina dos estudantes (Cunha, 2000; Crute, 2000;

Russel, 1999).

Na análise desses trabalhos verifica-se que todos os autores afirmam que os

jogos são elementos facilitadores do processo de ensino. Porém, não são

encontrados, até o momento, jogos envolvendo o entendimento dos conceitos

relacionados a eletrólise em água.

Desse modo, realizar estudos empregando jogos para investigar como

melhorar o entendimento dos estudantes nesse tema se justifica porque por meio

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dessa investigação contribui-se com o esforço para entender como os jogos podem

ser empregados de modo satisfatório em sala de aula na conceituação de eletrólise.

Muitas pesquisas têm apontado ainda a necessidade de os professores de

ciências incorporarem a prática argumentativa durante suas aulas (Jiménez-

Aleixandre et al., 2000; Kelly e Takao, 2002; Erduran, 2006). Nesses estudos

evidencia-se o fato de que com as práticas argumentativas em sala de aula os

estudantes podem aprender acerca do fazer ciência em vez de simplesmente

aprender conceitos de ciências.

Como proposto por Erduran (2006) a falta de argumentação no ensino de

ciências tem gerado graduados em cursos de ciências que são incapazes de prover

evidências e justificativas para a maioria dos fenômenos encontrados na natureza.

Essa pesquisadora aponta como principal falha da educação em ciências a

ênfase que tem sido dada no que deve ser acreditado em vez de ser enfatizado o

porquê devemos acreditar em algo.

Por outro lado, na literatura nacional não são encontrados estudos

envolvendo laboratórios investigativos ou demonstrações investigativas ao ensino de

eletrólise.

Não encontramos também estudos envolvendo argumentação científica e o

ensino investigativo de eletrólise. Por conta disso, verificamos que com esse estudo

é possível abrir uma perspectiva para posteriores estudos que possam cobrir essa

lacuna das investigações no ensino de Ciências.

Além disso, analisando as propostas experimentais presentes nos livros

didáticos verificamos que, de modo geral e particularmente em relação ao estudo de

eletrólise, apresentam um significativo grau de restrição intelectual.

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Conforme aponta Pella (1969) apud Carvalho (2010) essas aulas são

formatadas a partir de “receitas de bolo” em que o grau de liberdade intelectual é

praticamente zero.

Sendo assim, o estudo proposto nesse projeto se justifica porque a partir

desses podem surgir propostas de aula em que a liberdade intelectual dada aos

estudantes seja ampliada de modo que esses possam vivenciar o fazer da Ciência e

construir conhecimentos de modo mais adequado.

Também se justifica a realização deste projeto com base em aspirações

profissionais no que tange ao desenvolvendo de um conhecimento mais

aprofundado, por parte dos autores, acerca dos problemas envolvendo o ensino de

eletrólise e possíveis soluções para esses.

Assim, a partir dessas premissas o presente projeto foi criado com as

seguintes finalidades:

a. Aprofundar nosso conhecimento acerca da criação e emprego de jogos e

demonstrações investigativas em sala de aula;

b. Desenvolver uma sequência didática, para ser aplicada na forma de um jogo,

com a qual seja possível levar os estudantes à compreensão do mundo

microscópico relacionado a eletrólise;

c. Criar maneiras de aumentar a liberdade intelectual dos estudantes e

favorecer o debate e a argumentação científica em aulas de eletrólise;

d. Gerar um ponto de partida para futuras investigações nessa temática visando

contribuir com as pesquisas em ensino de Ciências e com a literatura

especializada.

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3 ASPECTOS METODOLÓGICOS

3.1 ESTRUTURAÇÃO DO JOGO

A estrutura do jogo inicia-se com uma proposta que tem como base uma

demonstração investigativa de grau de liberdade intelectual (IV) (PELLA, 1969). Dessa

maneira, o jogo didático configura-se em uma aula que apresenta uma sequência

didática em que os elementos desse jogo são apresentados em etapas.

Para isso, será feita uma demonstração envolvendo um experimento de eletrólise

de uma solução aquosa contendo cloreto de sódio e fenolftaleína.

A estrutura dessa aula (Jogo didático) é composta de cinco etapas:

a. Apresentação da demonstração investigativa e apresentação da situação-

problema que deverá ser resolvida pelo detetive químico;

b. Divisão dos estudantes em pequenos grupos (até 5 estudantes) e resolução da

situação-problema;

c. Registro por escritos das discussões nos pequenos grupos;

d. Socialização das discussões dos pequenos grupos com toda a sala mediada pelo

professor;

e. Resolução da situação-problema envolvendo o debate com a sala e mediação do

professor.

A demonstração investigativa consistirá da realização de uma eletrólise em meio

aquoso contendo NaCl e gotas de solução de fenolftaleína. Essa eletrólise será

conduzida na célula eletrolítica mostrada na figura 1.

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Figura 1: Célula eletrolítica empregada na demonstração investigativa.

Após os reagentes serem introduzidos no interior da célula eletrolítica mostrada

na figura 1 será interligada ao sistema uma bateria de 9 V. A solução sofrerá eletrólise

por tempo suficiente para que seja obtido o resultado experimental mostrado na figura 2.

Durante a demonstração será explicado aos estudantes que dentro do tubo sobre

o polo negativo da eletrólise houve a formação de coloração rosa na solução.

Destacamos que apenas caso solicitado pelos estudantes será feita inversão das

conexões da pilha gerando inversão na polaridade da eletrólise. Nesse contexto os

estudantes podem solicitar apenas que o professor realize testes de hipóteses

levantadas por eles. Sendo assim, não é permitido ao professor dar respostas prontas.

Dessa forma, os estudantes terão a liberdade de fazer propostas investigativas

(levantar e testar hipóteses) desde que manifestem o desejo. Com isso, caberá ao

professor fomentar a postura investigativa dos estudantes perguntando-lhes se existe

algum tipo de montagem experimental que esses desejam que seja feita.

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Figura 2: Resultado experimental da eletrólise do NaCl aquoso em meio de fenolftaleína

Após obtido o resultado mostrado na figura 2 a demonstração será finalizada e

será apresentada a seguinte situação-problema.

A partir dos resultados experimentais será apresentada aos estudantes a

seguinte situação-problema:

“A partir de agora vocês são detetives químicos e deverão resolver o problema

da eletrólise aquosa do cloreto de sódio em meio de Fenolftaleína. Vocês devem

levantar hipóteses e solicitar testes de hipóteses. Não é permitido ao seu professor lhe

dar respostas prontas. Seu papel é apenas fornecer dados, desde que esses não sejam

respostas prontas, e realizar os testes de hipótese que sejam possíveis. Sendo assim,

seu papel - como Detetive Químico - é responder aos itens elencados a seguir:”

1) Represente como deveriam estar os compostos NaCl e H2O, misturados no interior da

solução, dentro da cuba eletrolítica representada no impresso;

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2)  Escreva as semiequações dos polos (+) e (-) e a equação global do processo;

3) Produza um texto para explicar o resultado experimental (Por que a solução no polo

negativo fica rosa?).

Feito isso, os estudantes serão divididos conforme a etapa (b) citada

anteriormente e procederão as etapas (c, d e e).

A etapa (e) será regida pelo professor com a finalidade de levantar concepções

prévias dos estudantes, socializar essas concepções, fomentar a controvérsia e a

argumentação científica.

Desse modo, os dados serão constituídos das respostas produzidas pelos

estudantes em um impresso criado especificamente para a coleta de dados conforme

representado na figura 3.

Figura 3: Impresso empregado na coleta de dados

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3.2 CRONOGRAMA DE PROJETO

Atividades de projeto Mar Abr Mai

Jun Jul Ago Set

Out Nov

Revisão Bibliográfica

Definição do tema

Escrita do Projeto

Entrega do Projeto

Coleta dos dados

Tratamento dos dados

Escrita do artigo

Revisão do artigo

Entrega do artigo

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REFERÊNCIAS

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DENZIN, N.K. Play games and interaction: the contexts of childhood socialization. Sociological Quartely, v.16, n.4, p. 458 – 478, 1951.

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