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FACULDADE SÃO BERNARDO DO CAMPO
WAGNER ALVES MOREIRA
CLAUDIA MARIA GARCIA MOREIRA
MARIA LUIZA GARCIA MOREIRA
O jogo Detetive Químico – uma investigação do
entendimento do mundo microscópico da eletrólise aquosa
SÃO BERNARDO DO CAMPO
2017
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FACULDADE SÃO BERNARDO DO CAMPO
WAGNER ALVES MOREIRA
CLAUDIA 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 CAMPO
2017
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SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO
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
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modelo de Berzelius, que não é aplicável aos meios aquosos iônicos. Essa
autora chama atenção para esse problema argumentando que:
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.
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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.
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.
https://docs.google.com/document/d/1z0vCHlDGCrVABbE3NrRK0OFWMA1LOduci4exqw0aOwc/edit#heading=h.wehm92q3taer
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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.
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;
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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 químicado
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
https://docs.google.com/document/d/1z0vCHlDGCrVABbE3NrRK0OFWMA1LOduci4exqw0aOwc/edit#heading=h.p1yotnb2hw0a
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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 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
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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.
https://docs.google.com/document/d/1z0vCHlDGCrVABbE3NrRK0OFWMA1LOduci4exqw0aOwc/edit#heading=h.3znysh7
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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
https://docs.google.com/document/d/1z0vCHlDGCrVABbE3NrRK0OFWMA1LOduci4exqw0aOwc/edit#heading=h.m2exqrh2r5lw
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meio 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.
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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.
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 demonstraçõesinvestigativas 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;
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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.
https://docs.google.com/document/d/1z0vCHlDGCrVABbE3NrRK0OFWMA1LOduci4exqw0aOwc/edit#heading=h.2s8eyo1
https://docs.google.com/document/d/1z0vCHlDGCrVABbE3NrRK0OFWMA1LOduci4exqw0aOwc/edit#heading=h.wehm92q3taer
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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.
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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:”
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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 Ma
r
Ab
r
Ma
i
Ju
n
Ju
l
Ag
o
Se
t
Ou
t
No
v
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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