PIBID UNIFESP DIADEMA

DANIELE PRADO DOS REIS

PROFª DRA. SIMONE MARTORANO

15/04/2014

Cap. 4:

“ A história e filosofia da Ciência no Ensino de Química: Uma proposta para o Ensino de

Cinética Química”

Simone Alves A. Martonaro

Maria Eurice R. Marcondes

Situação problema

● Professores: “alunos não conseguem aprender alguns conceitos de cinética química”

● Suposição: Iniciam o E. M. com falhas e lacunas.

● Exemplos de dificuldades: Interpretar gráficos/ tabelas/ dados experimentais/ enunciados/ exercícios.

Onde são relatados esses problemas?

● Em diversas pesquisas.

(Just e Ruas, 1997; Van Driel, 2002; Kaya e Geban, 2012; Cakmakci Etal, 2005 e 2010)

● O problema não é só no conceito, também no comportamento da matéria (submicroscópico)

Segundo os autores citados...

● Dificuldade em entender a matéria como descontínuo.

● Aplicar espontaneamente “modelo corpuscular”

Mas o que é “modelo corpuscular”

http://www.educarchile.cl/ech/pro/app/detalle?ID=133169

Un modelo corpuscular de la materia, el estado en que se encuentre una misma sustancia depende de su temperatura, la que determina la interacción entre sus partículas.

Temas de difícil abordagem

● Cinética química (caráter empírico/ abstrato)

● Velocidade de reação química (interpretação de dados experimentais/ caráter dinâmico da partícula

● Macroscópico x Submicroscópico = entendimento complexo. (Simone)

“O que o tema cinética química proporciona aos alunos”

● Entendimento de processos no cotidiano;

Catalisador de indústria

● Consideração: Essas justificativas são insuficientes para professores superarem dificuldades

Pesquisas no Ensino de Ciências

“Importante História e Filosofia da Ciência (HFC) no processo de ensino e aprendizagem”

● Curiosidade:

A história da química como auxílio/ e no currículo

● Para superar a dificuldade em “cinética química”

● Episódios históricos proporciona superação de visões inadequadas

● Exemplo: “Não existe um único método científico”

● Em especial no curso de formação de professores;

Orientações da HC no ensino de Química...

● HC para desvendar a química como “determinada/ pronta/ lógica / sem falhas”.

● HC → diferente explicação para mesmos fatos.

● HC em etapas, não como tópicos. Misturada para fluir o conhecimento químico, facilitando a compreensão/ mostrando o dinamismo na elaboração da ciência.

Abordagem HC

● Não é simples.● Falta de conhecimento específico da história da

Química.● Desconhecimento de fontes/ matérias/

estratégias de HC.● Visão inadequada de professores. ● Abordagem história é necessária.

Porque os professores tem uma visão inadequada?

● Falta de discussões das diretrizes oficiais.

● Incompreendimento da visão sobre HC/ Documentos oficiais/ Aprendizagem dos conhecimentos científicos.

● Falta de qualidade das fontes de informação de HC.

● HC como fomentadora de estratégias para o ensino e aprendizagem.

● Mas de que forma induzi-la em um curso de formação de professores?

● Quais as melhores abordagens para a inserção da HC nas aulas de Química?

● Difícil integrar HC com educação.

Considerações do HC

Desafio

● Qual visão sobre HC abordar? “Não basta juntas história e ciência”

● HC nos livros valoriza “grandes cientistas” e esquecem das ideias antigas/ revoluções.

● Nova historiografia da ciência: Análise pontual/ minuciosa, identificando episódios e documentos, contemplando: Contextualização das ideias/ significado no período estudado;

Níaz, ideias que devem ser incluídas no ensino (2009)

● Conhecimento científico (observação/ evidência experimental/ argumentos racionais/ ceticismo;

● Observações com teoria;● Ciência como tentativa e erro;● Não há uma maneira universal de fazer ciência;● Leis/ teorias possuem funções diferentes;● Progresso científico -> concorrência entre teorias;● Cientistas interpretam mesmo dados, em diferentes caminhos;● Cientistas são criativos (imaginação e especulação);● Ideias cientificas afetadas pelo meio social e histórico;

Estratégias para abordar HFC no ensino

Segundo Del pino:

● Paralelismo: Ideias de estudantes e concepções ao longo da HC; ● Resistências/ obstáculos que os cientistas tiveram;● Aluno compreender problemas significados no HC;● Promover Sit. aprendizagem com construção de conhecimento

científico;● Evitar visões dogmáticas;● Ciências como construção humana/ coletiva;

● Evitar ideia de “ciências por gênios/ masculino”;

Aluno com visão realista nas aulas de ciências

O professor transmite além do contéudo, a imagem da ciência;

● Criar oportunidade para o aluno ver a teoria/conhecimento como não definitivo.

● Papel da comunidade cientifica na legitimação do conhecimento/ resistência na mudança de paradigma;

Abordagem HFC (Gil Peres)● Deve haver maior abordagem da HFC;

● Não fazer o aluno um pequeno cientista.

● HFC não como aspecto de ensino/ conteúdo, sim como eixo que integra conhecimentos científicos;

● Estratégia abordando HFC baseado no modelo de aprendizagem por investigação;

Aprendizagem por investigação

● Aluno como “cientista novato”;

● Professor como especialista que dirige a investigação dos alunos;

Abordagem histórica “cinética química”

● Processo de construção de teorias científicas pelos cientistas;

● Papel da comunidade científica na aceitação/ rejeição de teorias;

● Troca de uma teoria por outra;

Proposta de abordagem “cinética química a partir do estudo histórico”

● Dia a dia alunos com oportunidade de observar no cotidiano reações químicas rápidas/ lentas.

Velocidade de reação química

● Variação de concentração reagente/ produto → Ideia não espontânea;

● Grande dificuldade de entendimento dos alunos;

● Dificuldades na interpretação de dados experimentais;

● Dificuldade na interpretação do fenômeno;

● No ensino de cinética é essencial habilidades em leitura de tabelas/ elaboração de gráfico;

● Habilidades essenciais para entender o efeito da variação da concentração de velocidade de uma reação química;

● Estudantes possuem dificuldades em fazer transformações/ entender estrutura da cinética química.

● Cinética química → explicada pelo modelo de partículas e representada/ quantificada em termos de modelagem matemática.

● Estudantes tem dificuldades para encontrar explicações satisfatórias para fenômenos/ evento.

● Muitos usam modelo macroscópico → diz pouco sobre a natureza da velocidade da reação e descritivo.

● Modelos de partículas e matemáticos → mais explicações, quantificado e predito. Mas não são usados em concordância com o aceito no currículo de química.

● Ensino não proporciona aos alunos oportunidades para se mover através da representação verbal/ matemática/ simbólica na química.

● O aluno ao entender como o conceito foi construído, poderá entender o conceito de velocidade, interpretar dados experimentais.

Texto histórico sobre período de desenvolvimento da cinética química

● Estudo da velocidade de uma reação química.

● Elaborada pela autora e artigos sobre estudo da cinética química;

● Documento histórico, traz à tona assunto específico/ dados para compreensão relacionadas a tendências culturais/ pressões de variadas natureza.

O texto indicará:

● As razões do cientista para escolher linha de trabalho.

● Contexto histórico em que determinado conhecimento científico foi desenvolvido.

● Problemas que o cientista esta investigando.

● Até 1900 – cinética química era um assunto empírico, com pequeno entendimento sobre velocidade de uma reação, em termos de movimentos moleculares.

Trabalho de Ludwig Ferdinand Wilhelmy (1812-1864) sobre a velocidade da reação da inversão da sacarose: O início do estado quantitativo da velocidade de uma reação química.

Ideias sobre reações químicas em 1900

● Já se tinha conhecimento do modelo (estrutura da matéria) proposto por Dalton (1808)

● Hipótese atômica de Dalton não era aceita por físico-químicos → conhecimento verdadeiro = ser provado confirmado pela experimentação.

● Séc. 19 → Muitos estudos experimentais foram realizados. Observou-se que concentrações de reagentes, influenciam a velocidade de uma reação.

● Somente em 1950, estudou-se a velocidade da inversão da sacarose e a cinética química foi reconhecida como um campo de estudo da química.

Sacarose (presença de ácido) sofre hidrólise formando glicose e frutose.

Sacarose desvia plano da luz polarizada para direita. → Frutose para esquerda.

1º motivo: Característica da reação da inversão da sacarose “reação lenta”

2º motivo: relação do equipamento experimental da época.

Equipamento da época: Polarímetro

Desenvolvimento técnico / comercial ocorreu na França/ Alemanha.

Aliado na análise de açúcar refinado.

Ajudou no controle (taxa do açúcar refinado).

Wilhelmy, 1850:

“O giro do plano de polarização é proporcional à concentração do açúcar em solução”

“Influência do tempo na reação química”

“A quantidade açúcar invertido por unidade de tempo é proporcional à quantidade de açúcar que continua sem ser invertido na solução”.

Estudo experimental de Wilhelmy

Duas etapas:

● Estudar a influência do tempo na velocidade da reação de hidrólise da sacarose.

● Influência da quantidade de açúcar na velocidade dessa reação.

1º etapa – Influência do tempo

Acompanhou: reação de inversão da sacarose em meio ácido.

Anotava: valores da rotação da luz, a partir da equação, relacionava rotação com concentração do açúcar inicial.

Conclusão: Quantidade de açúcar convertido, em um período de tempo, era proporcional à quantidade de açúcar que não era convertido → confirmou sua hipótese.

Tabela 1

Produto predominante: frutose (rotação negativa)

Temperatura influencia na quantidade de produto formado.

Influência da quantidade de açúcar

Wilhelmy concluiu:

“[...] M é o valor médio da quantidade infinitamente pequena da quantidade de açúcar, que são alterados durante o tempo, pela ação de ácido. O coeficiente M é independente da quantidade de açúcar [...]”

Calculou M (coeficiente de inversão) por intervalo de tempo da reação da sacarose. (para confirmar sua teoria)

Confirmação de WilhelmyM corresponde a temperatura; → M permanece constante.

Quantidade de açúcar no líquido decai.

Para compreender o porque a quantidade decai, ele fez vários experimentos.

Temperatura/ ácido nítrico/ água constante →variando somente quantidade de açúcar.

Permaneceu-se constantes a variáveis e a rotação mudou.

Conclusão: M não sofre influência da concentração inicial do açúcar e sim da temperatura.

Considerações finais (estudo de Wilhelmy)

Elaborou novos conceitos:

1) Conceito de velocidade de uma reação química.

2) M não depende da concentração inicial dos reagentes, e sim, da temperatura.

Crédito da comunidade científica somente 30 anos mais tarde !

Reflexões finais

● Discutir texto de Wilhelmy em sala de aula:

→ Origem do conhecimento científico

→ Auxiliar alunos na construção de novos conceitos relacionados a cinética química

→ Discussões sobre a natureza da ciência (trabalho do cientista/ aceitação de uma nova teoria na comunidade científica)

Reflexões finais

● Com o uso do modelo de esferas sólidas é possível explicar porque a velocidade de uma reação diminui com o temo (macro x submicroscópico)

● Alunos precisam entender que é necessário tempo para uma reação química ocorrer.

● Tempo influenciado por temperatura/ concentrações.

● Subsidio para o professor entender a História da química.

Obrigada!!!

Referênciashttp://www.colegioweb.com.br/wp-content/uploads/2012/10/professores.jpg - acesso em: 08 de abril de 2014.

http://cinemakers.com.br/wp-content/uploads/2013/04/idea_bulb.jpg - acesso em: 08 de abril de 2014

https://31.media.tumblr.com/8b8ef1f209a6f582cc0f688c4cdb0713/tumblr_inline_n3k7bmAw1b1rbonl5.gif - acesso em: 08 de abril de 2014

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Referências● http://www.nutes.ufrj.br/Home%20LTC/atividad/projetos/conserv.gif - último acesso

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● http://www.industriahoje.com.br/wp-content/uploads/2014/01/Catalisador-Do-Carro.jpg - último acesso em: 08 de abril de 2014.

http://www.hotsitespetrobras.com.br/petrobrasmagazine/Edicoes/edicao56/pt/imgs/pt/ineditismo_1.jpg - último acesso em: 08 de abril de 2014.

http://www.seminariohfc.com.br/wp-content/uploads/2014/02/logosfhc.jpg - acesso em: 08 de Abril de 2014.

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http://3.bp.blogspot.com/-97nCqNfpLqw/UD7HbVblNxI/AAAAAAAAAGA/-DE9LTYrO1M/s320/16.jpg - acesso em: 09 de Abril de 2014.

Referências

http://estudiarfisica.files.wordpress.com/2008/09/dalton.gif - acesso em: 09 de Abril de 2014

http://www.revista.vestibular.uerj.br/lib/spaw2/uploads/images/2012_qualificacao/Discursivo/Q9.PNG - acesso em: 09 de Abril de 2014