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INSTITUTO SUPERIOR DE CIÊNCIAS DE EDUCAÇÃO DO UÍGE ISCED-UÍGE DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXACTAS SECÇÃO DE ENSINO DE QUÍMICA Aplicação de simuladores no ensino de Química: Caso do Simulador de Equações Químicas (SimEQ) Por: AFONSO ANTÓNIO PANZO TECA Trabalho apresentado para obtenção do grau de Licenciado em Ciências de Educação na opção de Ensino de Química UÍGE, 2019 AFONSO ANTÓNIO PANZO TECA Aplicação de simuladores no ensino de Química. Caso do Simulador de Equações Químicas (SimEQ) Orientador: Msc. Alves Mbunga Makonga Trabalho apresentado para obtenção do grau de Licenciado em Ciências de Educação na opção de Ensino de Química UÍGE, 2019 i DEDICATÓRIA À minha mãe Maria António; Aos meus irmãos e ao meu filho. ii AGRADECIMENTOS Á Deus, pela força e sabedoria, sem a qual não teria em hipótese alguma chegado até aqui. À minha esposa Cristina Gunza Estevão Quiala, pelo apoio, carinho e compreensão nos momentos mais dificies da minha vida. À minha família em especial a minha Mãe, aos meus tios - Nicodemos Paulo, António da Silva, e aos meus irmãos Alves António Teca, Mamengi Yussufo, João Hassani, que são a minha base, força e inspiração para prosseguir sempre no melhor caminho rumo a conquista de um futuro melhor. Ao professor Msc. Alves Mbunga Makonga e ao Engenheiro Adão Pedro que de uma maneira competente, paciente e carinhosa, muito me auxiliaram no desenvolvimento deste trabalho. À todos os professores que ao longo deste curso tiveram uma parcela de participação na construção do meu conhecimento, como também a todos os meus colegas e amigos. À Direcção do Magistério “General Foguetão” nomeadamente ao Director Pedro Nunes, Professor Pedro Gabriel Roma Coba e a coordenação de Química da referida escola por terem permitido a realização da palestra. E não esquecendo aqueles que direta ou indiretamente contribuíram no compartilhamento mútuo de saberes essencial e fundamental. O meu sincero agradecimento e que Deus vos abençoe a todos! iii EPÍGRAFE “As tecnologias de informação e comunicação não são mais uma ferramenta didáctica ao serviço dos professores e alunos... elas são e estão no mundo onde crescem os jovens que ensinamos” (ADELL,1997). iv LISTA DE ABREVIATURAS E ACRÓNIMOS apud-citado por... DER-Descrição dos Elementos Representativo FFEIT-Falta de Formação Especifica para Integração das Tecnologias FMP-Falta de Motivação dos Professores FMT-Falta de Meios Técnicos FRDA-Falta de Recursos Digitais Apropriados IBM-Internacional Bussines Machine ISCED-Instituto Superior de Ciências de Educação OTP-Organização da Tabela Periodica RDEQ-Recursos Digitais para o Ensino da Química RQ-Reacções Químicas RUP-Rational Unified Process s/d-sem data SGBD-Sistema Gerenciador de Banco de Dados SimEQ-Simulador de Equações Química SPSS-Statistical Package for the Social Sciences TICs-Tecnologias de Informação e Comunicação TP - Tabela Periodica UML-Unified Modeling Language v LISTA DE FIGURAS Figura 1.1- Aplicativos livres para ensino de Química ..................................................9 Figura 2.1- Banco de dados do aplicativo no MSAccess 2010...................................26 Figura 2.2. Ambiente de desenvolvimento da interface do aplicativo..........................27 Figura 2.3. Pagina de inicio.........................................................................................28 Figura 2.4-Simulação..................................................................................................29 Figura 2.5-Elementos Representativo da Tabela Periodica........................................29 Figura 2.6-Tabela Periodica........................................................................................30 Figura 2.7-Reacção entre metais alcalinos com Halogénios excepto Astato..............31 Figura 2.8- Reacção entre metais alcalinos com Oxigénio..........................................31 Figura 2.9- Reacção entre Litio e Nitrogénio..............................................................32 Figura 2.10- Reacção entre metais alcalinos com Enxofre..........................................32 Figura 2.11- Reacção entre metais alcalinos com fosforo...........................................33 Figura 3.1- Utilização do computador em interacção directa com os alunos, no decorrer das aulas e no âmbito da disciplina de Química............................................40 Figura 3.2-Uso de um simulador de equações químicas nas aulas de Química .........41 Figura 3.3-Tipo do simulador utilizado na interacção directa com os alunos...............41 Figura 3.4-Dificuldades infretadas numa real integração das TICs no ensino de Química......................................................................................................................42 Figura 3.5-Estudo das Reacções químicas.................................................................43 Figura 3.6-Nivel de conhecimento sobre reacções Químicas.....................................43 Figura 3.7-Utilização de computadores......................................................................44 Figura 3.8-Finalidade da utilização do computador....................................................45 Figura 3.9-Existencia de laboratório de informatica na escola em estudo..................46 Figura 3. 10-Conhecimento sobre simuladores de Equações químicas......................46 Figura 3.11-.Avaliação do SimEQ feita pelo público alvo............................................47 vi LISTA DE TABELAS Tabela 1.1. Ilustrando os subgrupos principais e nomes respectivos das famílias. ... 16 Tabela 2.1. Resumo dos mecanismos e ferramentas usadas ....................................... 29 vii RESUMO O trabalho que se desenvolveu, tem como tema, aplicação de simulador no ensino de Química: caso simulador de equações quimicas. O objectivo geral deste trabalho é de aplicar um simulador de equações quimica. A criação deste, contou com diversos mecanismos e ferramentas da Engenharia de Software, entre as quais, a metodologia RUP (Rational Unified Process - Processo Unificado Racional) que ofereceu técnicas para conceber, elaborar e construir um aplicativo, o UML (Unified Modeling Language – Linguagem Unificada de Modelagem), que permitiu modelar o aplicativo; o NET Framework, plataforma usada para implementar o projecto concebido usando a linguagem de programação Visual Basic.NET; e finalmente, o Microsoft Office Access, na sua versão 2010, que permitiu criar um banco de dados para o armazenamento de informações relativos aos elementos químicos, suas famílias e não só. Tendo terminado a criação optou-se organizar em uma Página inicial, onde o usuário escolhe alguns recursos que é desposto no SimEQ, fornecendo um ambiente agradável e de fácil manipulação, seguiu-se a Simulação, onde estão descritos os elementos representativoainda nesta pagina encontra-se os elementos de forma explicativa que reagirá, depois aparecerá outras opções. Com o uso do SimEQ melhorou habilidades sobre equações químicas e permitiu a inclusão das TICs no processo de ensino e aprendizagem de Química, este simulador já se encontra hospedado na internet, no seguinte endereço electrónico: https://mega.nz/#!y2ZHwSbQ!F7Nd9Lkw449vEZ5BeTMcXGfZYrBmWE4UTY823Q 8vDU. Utilizou-se o programa estatístico SPSS (Statistical Package for the Social Science) versão 22 combinado com Microsoft Excel, que permitiu o tratamento das perguntas. Palavras-chave: Simulador de Equações Química, Software, Tecnologia de Informação e Comunicação. https://mega.nz/#!y2ZHwSbQ!F7Nd9Lkw449vEZ5BeTMcXGfZYrBmWE4UTY823Q 8vDU https://mega.nz/#!y2ZHwSbQ!F7Nd9Lkw449vEZ5BeTMcXGfZYrBmWE4UTY823Q 8vDU viii ABSTRACT The work that is intended to develop has as its theme, application of simulator in chemistry teaching, simulator case of chemical equations. The general objective of this work is to apply a simulator of chemical equations. In its creation, it had several Software Engineering mechanisms and tools, including the Rational Unified Process (RUP) methodology that offered techniques for designing, designing and building an application, the Unified Modeling Language (UML). Unified Modeling Language), which allowed us to model the application; NET Framework, the platform used to implement the project designed using the Visual Basic .NET programming language; and finally, Microsoft Office Access, in its 2010 version, which made it possible to create a database for storing information about chemicals, their families and beyond. Having finished the creation it was decided to organize in a Home page, where the user chooses some features that is decomposed in SimEQ, providing a pleasant environment and easy to manipulate, followed by Simulation, where are described the representative elements still on this page. If the elements are explained in an explanatory manner, they will react to other options. Using SimEQ has improved skills on chemical equations and allowed the inclusion of ICTs in the process of teaching and learning chemistry, this simulator is already hosted on the internet at the following,address:https://mega.nz/#!y2ZHwSbQ!F7Nd9Lkw449vEZ5BeTMcXGfZYrB mWE4UTY823Q 8vDU. Statistical Package for Social Science (SPSS) version 22 combined with Microsoft Excel was used, which allowed the treatment of the questions. Keyword: Chemistry Equation Simulator, Software, Information and Communication Technology. ix ÍNDICE DEDICATÓRIA ............................................................................................................. i AGRADECIMENTOS .................................................................................................. ii EPÍGRAFE ................................................................................................................. iii LISTA DE ABREVIATURAS E ACRÓNIMOS ............................................................ iv LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... v LISTA DE TABELAS .................................................................................................. vi RESUMO................................................................................................................... vii ABSTRACT .............................................................................................................. viii 0. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 1 0.1. Enquadramento e motivação ............................................................................ 1 0.2. Problema cientifico ........................................................................................... 1 0.3. Objetivo geral .................................................................................................... 1 0.4. Objectivos específicos ...................................................................................... 1 0.5. Perguntas Científicas ........................................................................................ 2 0.6. Tarefas cientificas ............................................................................................. 2 0.7. Estrutura do trabalho ........................................................................................ 2 CAPITULO I- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................. 4 1.1. Educação e Tecnologia .................................................................................... 4 1.2. As TICs potenciando o ensino da química ....................................................... 5 1.3. Recursos digitais para o ensino da química (RDEQ) ........................................ 7 1.4. O Processo de Ensino e Aprendizagem de Química no Ensino Médio por meio do Software de Simulação ....................................................................................... 7 1.5. Potencialidades e limitações pedagógicas das TICs na renovação da paisagem educativa. .............................................................................................. 11 1.6. Roteiros de exploração-elos de ligação entre o software educativo e a realidade pedagógica. ............................................................................................ 13 1.7. Tabela periodica e sua organização ............................................................... 14 x 1.8. Reacções e equações químicas ..................................................................... 18 1.8.1. Reações de síntese .................................................................................... 19 1.8.2. Reacção de analise .................................................................................... 21 1.8.3. Reacções de simples troca ou substituição ................................................ 22 1.8.4. Reacções de dupla troca ............................................................................ 23 1.9. Balanceamento das equações químicas ........................................................ 24 CAPITULO II – MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................ 26 2.1. Caracterização da área de estudo .................................................................. 26 2.2. Descrição dos materiais .................................................................................. 27 2.3. Concepção do software .................................................................................. 27 2.3.1. Estrutura do SimEQ .................................................................................... 30 2.3.2. Aplicação do SimEQ ................................................................................... 32 2.4. Fases da pesquisa .......................................................................................... 35 2.4.1. Amostragem ............................................................................................... 35 2.4.2. Inquerito...................................................................................................... 36 2.5. Técnicas de pesquisa ..................................................................................... 37 2.5.1. Análise bibliográfica .................................................................................... 37 2.5.2. Análise estatística ....................................................................................... 37 2.6. Dificuldades e Limitações ............................................................................... 38 CAPITULO III – RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................... 40 CONCLUSÃO ............................................................................................................48 SUGESTÕES ............................................................................................................ 49 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................... 50 APÊNDICES .............................................................................................................. 53 1 0. INTRODUÇÃO Pretende-se no âmbito deste trabalho realizar uma investigação de melhorar e enriquecer a prática lectiva. A escola, enquanto estrutura educativa, não pode ficar indiferente à evolução tecnológica que o mundo atravessa. Deve - se criar espaços para que os alunos coloquem as suas próprias questões, façam a gestão das suas hipóteses e testem a sua validade. (CORREA, 2010) 0.1. Enquadramento e motivação Como as tecnologias oferecem novas formas de acesso ao conhecimento, desta, as praticas pedagogicas que contemplam estas novas tecnologias como ferramentas de aprendizagem, oferecem uma nova perspectiva ao aluno, que de um modo ou de outro já nasceu no mundo digital e vive com ele no seu quotidiano fora do ambiente escolar. Assim, as escolas devem oferecer aos professores e alunos acesso às tecnologias, para que possam assim desenvolver as habildades e relacionar a Quimica com as novas tecnologia. Quando se fez um pre-inquerito sobre o uso do software educativo no ensino de Química, a maioria dos alunos e professores afirmaram que nunca usaram qualquer software de quimica na sala de aula e aqueles que afirmarvam que já, acrescentaram que existem poucos softwares educativos no ensino de química. com este espirito, motivou de trabalhar com o tema; aplicação de simulador do ensino de Química: caso simulador de equações química. 0.2. Problema cientifico Como contribuir no processo de ensino e aprendizagem das equações químicas aos alunos da 13ª classe da escola do Magistério “Cdte FOGUETÃO” do Uíge? 0.3. Objetivo geral Aplicar um Simulador de Equações Química para ensino e aprendizagem da Química 0.4. Objectivos específicos Conceber um software capaz de constituir uma oferta com qualidade científica, pedagógica; 2 Implementar o software no processo de ensino-aprendizagem das equações químicas; Avaliar a parte técnica e estética do simulador das equações químicas concebido. 0.5. Perguntas Científicas Qual é a necessidade de aplicar um simulador no ensino de Química, especificamente nas equações química? Quais são as ferramentas da engenharia de software utilizadas na concepção do simulador de reacções químicas? Como funciona o simulador de equações químicas? Qual é a importância do uso das tecnologias no processo de ensino e aprendizagem, em particular o simulador de equações químicas? 0.6. Tarefas cientificas Tendo em conta o objectivo previsto, realizou – se as seguintes tarefas: Contacto com programador, para analisar a possibilidade da concepção e aplicação; Contacto com os órgãos de ensino (corpo directivo, professores, e alunos da escola referida); Consulta bibliográfica dos materiais que tratam o tema em estudo; Concepção do Simulador e sua aplicação no processo de ensino e aprendizagem das equaçôes química; Aplicação do questionário; Tratamento estatístico dos dados recolhidos; Estrutura e elaboração do trabalho; 0.7. Estrutura do trabalho O presente trabalho possui uma parte introdutora, três capítulos, conclusões e sugestões. A parte introdutora que começa a apresentar o tema em estudo, uma motivação como justificativa o porque do tratamento deste tema, como não deixaria de existir o problema como a base da investigação, os objectivos do trabalho como finalidade da investigação, as tarefas como a empreitada do trabalho, esta que termina com as vias utilizadas no decurso do trabalho que são os materias e métodos. 3 No primeiro capítulo apresentam-se algumas noções teóricas que são fundamentais para o uso das TICs (Tecnologias de Informação e Comunicação) no ensino de Química. Ainda neste mesmo capitulo ilustrou-se as noções basicas da tabela periodica, de reacções e equações químicas, tipos de reacções, acerto de equações químicas. No segundo capítulo ilustra-se os materias e métodos, onde se descreveu a metodologia usada na concepção do SimEQ e a sua aplicação. O terceiro e último capítulo apresentam-se os resultados e a discussão Uma bibliografia final que foi acrescentada e organizada em ordem segundo o tipo de citação utilizada para que os leitores possam tomar conhecimento de que vários pontos de vista trazem diversas contribuições no trabalho. E no final apresenta-se apêndices. 4 CAPITULO I- FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 1.1. Educação e Tecnologia A escola é a instituição socialmente considerada como responsável pela produção e transmissão de conhecimento bem como pela socialização dos sujeitos. Tradicionalmente, a aprendizagem de informações e conceitos era tarefa exclusiva da escola. Segundo a autora o momento tecnológico atual expandiu essas fronteiras (KENSKI, 2010) Por este motivo, a escola precisa estar sempre passando por “reinvenções” em seus métodos, conteúdos e teorias pedagógicas buscando acompanhar as transformações sociais, históricas, e das tecnologias que são criadas ou se inovam constantemente. No que se refere ao uso das TIC nas escolas, Polato (2009) ilustra que este desafio: [...] TICs, tecnologias da informação e comunicação. Cada vez mais parece impossível imaginar a vida sem essas letrinhas. Entre os professores, a disseminação de computadores, internet, celulares, câmeras digitais, emails, mensagens instantâneas, banda larga e uma infinidade de engenhocas da modernidade provoca reações variadas. [...] [Porém] a relação entre a tecnologia e a escola ainda é bastante confusa e conflituosa. O mundo de hoje apresenta desafios tão novos e imprevisíveis, que se faz necessário repensar o modo como educamos as futuras gerações.Este pensamento foi ilustrado por (MENDES, 2012). Apesar de estarmos vivendo a era da globalização e com o desenvolvimento acelerado das TICs no mundo com inovações frequentes, existe cada vez mais necessidade de alfabetizações. De acordo com Assman (1998) citado por Santos (2010) afirma que; é necessário investir em vários tipos de alfabetização: lectoescritura (saber ler e escrever), o sócio-cultural (reconhecer o tipo de sociedade em que se vive) e o tecnológico (saber interagir com máquinas complexas). Para o autor, estes tipos de alfabetização precisam estar presentes nas escolas principalmente porque tendo função socializadora, alfabetizar nestas diferentes modalidades, é também formar para a cidadania. As mudanças na sociedade podem ocorrer “nas suas formas de organizar-se, de produzir bens, de comercializá-los, de divertir-se, de ensinar e de aprender” (MORAN, 2003). 5 Estamos vivendo um novo momento tecnológico, onde a ampliação das possibilidades de comunicação e de informação, por meio de equipamentos como o telefone, a televisão e o computador, altera nossa forma de viver e de aprender na atualidade (KENSKI, 2010) Na sociedade da informação, todos estamos reaprendendo a conhecer, a nos comunicarmos, a ensinar; reaprendendo a integrar o humano e o tecnológico; a integrar o individual, o grupal e o social. Neste mesmo pensamento Moran (2003) resalta que; a informação em todas as suas formas tornou-se globalizada, disponível e digital devido ao avanço constante das tecnologias e a escola juntamente com seus profissionais deve superar paradigmas, repensar sua função e sua metodologia, onde conecta-se o ensino com a vida do aluno por todos os caminhos possiveis pela experiência, pela imagem, pelo som, pela representação (dramatizações, simulações), pela interação on-line e off-line. 1.2. As TICs potenciando o ensino da química As Tecnologiasde Informação e Comunicação (TICs) têm reconhecidas potencialidades para o ensino das Ciências em geral e para o ensino da Química em particular. Estas tecnologias revelam‐se extremamente úteis na obtenção de informação actualizada e dado que a Química é uma Ciência em constante evolução, tal potencialidade revela‐se vantajosa para um ensino de qualidade (MINTZES et al, 2000). Para além destes aspectos relacionados com a disponibilidade da informação. As novas tecnologias possibilitam ainda o uso de software comum, assim como a construção das mais variadas aplicações multimédia directamente concebidas para o ensino da Química (CORREA, 2010) A introdução das TIC na esfera educativa é uma exigência imposta pela sociedade actual e um desafio colocado à escola, aos professores e aos alunos. Questiona-se, como a escola deve responder ao desafio colocado pela Sociedade da Informação?” Correa (2010) responde a isto, afirmando que: "A melhor resposta que os sistemas educativos podem dar à Sociedade da Informação é garantir uma educação relevante e de grande qualidade para todos os estudantes". 6 Assim, a inserção das tecnologias limita‐se, em muitos casos, a evidenciar o seu carácter atractivo, sem que se toquem questões‐chave dos processos pedagógicos, como o currículo, a avaliação, a relação professor‐ aluno, as novas formas de aprender e de construção do conhecimento (MARQUES et al,1998). Segundo Evangelista (2008) afirma que; os desenvolvimentos da tecnologia requerem do docente a aquisição de conhecimentos técnicos e pedagógicos para que haja interacção entre o computador e sua disciplina tendo como finalidade mudar o actual paradigma na escola, através da integração de novas (TIC) no processo de ensino aprendizagem. Este parece ser o pressuposto para que, as reformas educativas que têm sido levadas a cabo em vários países, dos quais Angola é um exemplo característico, possam promover um novo modelo de educação tal como sugere (ANDERSON, 2010). Parece evidente que um dos maiores problemas que o processo de ensino aprendizagem em Angola enfrenta, é o excesso de verbalismo por parte dos professores e aparente falta de recursos tecnológicos. Estas perspectivas reflecte-se nos resultados obtidos num estudo recente levado a cabo por Filipe (2009) o qual concluiu que ausência de recursos tecnológicos nas salas de aula, é tida como estando na base das dificuldades que os alunos enfrentam para compreender o uso das TICs no ensino. Os factos acima referenciados leva a constatar que ainda existe um longo caminho a percorrer para que um novo modelo de ensino, oposto ao tradicional, possa ser implantado em Angola. Com base a minima experiência que se tem, aliada a uma exaustiva análise de diversas perspectivas provenientes de referências bibliográficas consultadas relativamente ao uso das (TIC), pode-se constatar que Angola é um exemplo típico de contextos em que de acordo a Robin (2007) os professores não beneficiam de oportunidades de uso das (TIC) no processo de ensino aprendizagem enquanto poderosa ferramenta nas salas de aula e em alguns casos particulares, elas são utilizadas. Esta perspectiva é corroborada por Huffman ( 2003), que afirmam que, um historial de pesquisas e relatórios indicam que os professores não estão a ser adequadamente preparados para que possam usar tecnologias educacionais. 7 Entretanto, não basta que o professor adquira habilidades para manusear as (TIC), é igualmente relevante que ele cultive uma atitude positiva relativamente ao seu uso no processo de ensino aprendizagem e percepções do seu potencial pedagógico para satisfazer as diversas necessidades de aprendizagem dos alunos. Esse é o pressuposto para que se possa proporcionar ao professor melhores oportunidades de aperfeiçoamento profissional (GOMES, 2010). 1.3. Recursos digitais para o ensino da química (RDEQ) No ensino de Química, o uso do computador tem sofrido algumas evoluções. Destacando, as animações, os jogos, o vídeo e as simulações computacionais, dado que são os recursos que integram o conjunto da Química Digital. Para pôr em marcha um Ensino das Ciências que propõe uma aprendizagem assente na construção humana segundo CACHAPUZ & JORGE (2002) afirma que; é necessária uma escolha criteriosa, por parte do professor, dos recursos a utilizar.Quando se pensa na utilização das TICs nas aulas, importa referir que se trata de um recurso didáctico como tantos outros, de que o professor dispõe para o desafio que lhe é colocado todos os dias. As animações, os jogos, o vídeo e as simulações computacionais, permitem adquirir determinadas capacidades e ensinam, muitas vezes, a assumir o comando de uma situação concreta, em que quando eles se focam explicitamente num dado conteúdo, constituem um software útil a nível didáctico (FERREIRA & PAIVA, 2005). 1.4. O Processo de Ensino e Aprendizagem de Química no Ensino Médio por meio do Software de Simulação A Química por ser uma ciência que apresenta conteúdos abstratos e de difícil compreensão para uma parte significativa de estudantes, faz dela uma disciplina desinteressante para a maioria dos discentes, em especial os do Ensino Médio (SANTOS, 2011). Partindo desse pressuposto, a utilização da experimentação é de fundamental importância no ensino de Química, uma vez que possibilita uma relação entre a teoria e a prática, bem como, torna as aulas dinâmicas e contextualizadas, despertando assim, o maior interesse dos alunos no conteúdo ministrado (BEZERRA, 2006). 8 Nesse sentido, Santos (2011) afirma que; as escolas deveriam oferecer aos professores de Química os recursos laboratoriais (reagentes e equipamentos), necessários para que estes possam exercer seu papel de facilitador da construção do conhecimento. Contudo, este fato não é observado em uma parte significativa das Escolas. A utilização de recursos computacionais como uma alternativa didático-pedagógica pode ser uma estratégia que minimize essa carência encontrada nas escolas. Sobre esta temática Guerra (2000) compreende que os recursos disponibilizados pelo computador permitem “colocar os alunos em uma posição ativa de descobridores e construtores de seu próprio conhecimento”, além de contribuir para incitar no aluno o pensamento crítico. Mediante aos diversos recursos computacionais que beneficiam o processo de ensino de Química, destacam-se os softwares educacionais, que segundo Lucena (1992) apud Moura et al (2012), são todos os aplicativos que podem ser utilizados como recursos educacionais por professores e alunos, visando melhorar o processo de ensino e aprendizagem. Dentre os vários tipos de softwares educacionais dispostos no mercado podem-se destacar três tipos: Softwares tutoriais-versões computadorizadas das conhecidas aulas tradicionais; Softwares de jogos educacionais - ferramenta que trabalha a motivação da construção do saber; Softwares de simulação - permitem uma interatividade e a possibilidade de simular situações experimentais e de visualizar fenômenos de caráter microscópicos, muitas vezes impossíveis de compreender mesmo em uma prática experimental (SANTOS, 2011). Dos tipos de softwares citados, Pessoa (2007), apud Correa (2010), destaca uma vantagem do último em relação aos outros, afirmando que os softwares de simulação permitem a exploração de situações fictícias e de risco, possibilitando, por exemplo, trabalhar com materiais radioativos sem ter a necessidade de poluir um lago. Na figura 1.1. mostra os aplicativos livres para o Ensino de Química. 9 10 Figura 1.1. Aplicativos livres para ensino de Química Fonte: XV Encontro Nacional de Ensino de Química (XV ENEQ) – Brasília, DF, Brasil – 21 a 24 de julho de 2010 11 Ainda Melo (2005) acrescenta que; esses softwares de simulação podem serutilizados paralelamente com as aulas expositivas em sala de aula, porque não expõem os alunos a riscos de acidentes, não há gastos de reagentes e não gera resíduos de substâncias Químicas nocivas à natureza. Dessa forma, ao invés do educando observar a realidade “fragmentada como nos laboratórios de Química e Física, as práticas laboratoriais são simuladas na tela do computador” 1.5. Potencialidades e limitações pedagógicas das TICs na renovação da paisagem educativa. Segundo Salomon (2002) diz que; para melhorar a integração das TIC na educação é necessário ter em consideração várias condições: uma utilização das TICs devidamente planeada, inserida numa ampla estratégia educativa centrada no aluno; uma transformação da atitude da escola e dos professores; uma correcta e actualizada formação dos professores. Ainda na perspectiva de Levy (2001), apud Melo (2005), afirma que os professores também aprendem no mesmo momento que seus alunos com o uso do computador, estão sempre se atualizando, buscando novos conhecimentos e também construindo outras competências para o ato de ensinar. Brás (2003), acrescenta que; as práticas pedagógicas que utilizam as TIC duma forma planeada e sistemática apresentam diversas potencialidades e limitações. Apresentam‐se algumas das reconhecidas potencialidades e limitaçoes pedagógicas no uso das TICs: P1.1 Ajuda o aluno a descobrir o conhecimento por si: é uma forma de ensino activo em que o professor ocupa um lugar intermédio entre a informação e os alunos, apontando caminhos e avivando a criatividade, a autonomia (pois é grande a variedade de fontes de informação e têm que escolher ) e o pensamento crítico. Existe uma grande relação reflectiva e interventiva entre o aluno e o mundo que o rodeia. P2. Promove o pensamento sobre si mesmo (metacognição), a organização desse pensamento e o desenvolvimento cognitivo e intelectual, nomeadamente o raciocínio formal; 1 P: Potencialidade 12 P3. Impulciona a utilização, por parte de professores e alunos, de diversas ferramentais intelectuais; P4. Enriquece as próprias aulas pois diversifica as metodologias de ensino- aprendizagem; P5. Aumenta a motivação de alunos e professores; P6. Amplia o volume de informação acessivel aos alunos, que está disponivel de forma rápida e simples; P7. Proporciona a interdisciplinariedade; P8. Permite formular hipoteses, testá - las, analisar resultados e reformular conceitos, estando assim de acordo com a investigação ciêntifica; P9. Possibilita o trabalho em simultâneo com outras pessoas geograficamente distantes; P10. Propícia o recurso a medidas rigorosas de grandezas físicas e químicas e o controlo de equipamento laboratorial(sensores e interfaces); P11. Cria micromundos de aprendizagem: é capaz de simular experiências que na realidade são rápidas ou lentas demais, que utilizam materiais perigosas e em condições impossíveis de conseguir; P12. A aprendizagem torna- se de facto significativa, dadas as inúmeras potencialidades gráficas; P13. Ajuda a detectar as dificuldades dos alunos; P14. Permite ensinar através da utilização de jogos didácticos. Apresenta-se a seguir as limitações pedagógicas no uso das TICs (BRÁS, 2003) L12. As barreiras às inovações tecnologicas que naturalmente surgem nas escolas, desencadeiam a necessidade de acções de sensibilização para essas inovações. A 2 L: Limitações 13 escola terá de se consciencializar de que já não é o único meio de transmissão de conhecimento; L2. Escassez de software de elevada qualidade técnica e pedagógica. A produção deste material implica um trabalho colaborativo de pedagogos e programadores; L3. O grande número de alunos, que por dificuldades económicas, não possuem computador; L4. A falta de formação inicial e continua dos professores para o uso das tecnologias e respectivo aproveitamento pedagógico. Muitas vezes os professores não gostam das tecnologias, não se sentem confortáveis a empregá-las, pelo que não as usam nem incentivam a usá-las; L5. A falta de conhecimento sobre o impacto do uso das TIC em contexto educativo; L6. A escassez de tempo, que é indispensável na aprendizagem das tecnologias e na preparação das aulas; L7. A utilização inadequada de muito material tecnológico, tido como pedagogicamente enriquecedor; L8. A ausência de sites especificos para todos os conteúdos, promovendo a navegação livre pela internet, o que não sendo devidamente orientada poderá tornar- se dispersivo. 1.6. Roteiros de exploração-elos de ligação entre o software educativo e a realidade pedagógica. Os roteiros de exploração têm como principal objectivo estreitar a relação entre as peças de software educativo e os objectivos de aprendizagem que se pretendem desenvolver (COSTA &PAIVA, 2003). Os alunos que se encontram actualmente a frequentar as escolas I Ciclo e II ciclo do ensino secundário do século XXI são frequentemente alcunhados por zap generation3. 3 A zap generation está habituada à “acção”, isto é, a sua vida é um verdadeiro zapping. 14 Ainda Melo (2005), reforça a ideia de que; a utilização do computador nas aulas não é uma questão técnica, mas sim uma questão pedagógica: o papel do professor consiste em ajudar, conduzir, dar o exemplo, incentivar, facilitar e integrar aprendizagens assistidas e autónomas, recorrendo à diversidade de meios de acesso à informação e ao conhecimento. 1.7. Tabela periodica e sua organização No século XIX, quando os químicos tinham apenas uma vaga ideia sobre os átomos e as moleculas e não sabiam da existência dos electrões e dos protões, eles criaram a TP (Tabela Periodica). Os selos, por exemplo, podem ser organizados por país de origem, tema ou ano de emissão; os CDs, por tipos de música ou nomes dos cantores, os quais podem ser catalogados em ordem alfabética. Em Química, Usbergo & Salvador (2002) Afirmam que; os critérios utilizados para a organização dos elementos foram estabelecidos ao longo do tempo. A tabela periódica ou classificação periódica dos elementos é um arranjo que permite não só verificar as características dos elementos e suas repetições, mas também fazer previsões. O grande aumento do número de elementos químicos no século XIX obrigou os cientistas a imaginarem gráficos, tabelas ou classificações em que todos os elementos ficassem reunidos em grupos com propriedades semelhantes (FELTRE 2004). Em 1817, o cientista alemão Johann W. Döbereiner agrupou alguns elementos em tríadas, que eram grupos de três elementos com propriedades semelhantes. Em 1862, o cientista francês Alexander B. de Chancourtois imaginou o agrupamento dos elementos químicos sobre um parafuso, na ordem de suas massas atômicas. Desse modo, ao passarmos por uma certa vertical, encontraremos elementos com propriedades semelhantes. Essa arrumação foi denominada parafuso telúrico de De Chancourtois. Em 1864, o cientista inglês John A. R. Newlands colocou os elementos químicos em ordem crescente de massas atômicas e verificou que as propriedades se repetiam a cada oito elementos (excluindo-se o hidrogênio), como as notas numa escala musical. 15 Sendo Newlands também músico, essa regra passou a ser conhecida como lei das oitavas de Newlands. Em 1869, um professor de Química da Universidade de São Petersburgo (Rússia), Dimitri Ivanovich Mendeleev4 (1834-1907), estava escrevendo um livro sobre os 63 elementos conhecidos na época, cujas propriedades ele havia anotado em fichas separadas, percebeu que, organizando os elementos em função da massa de seus átomos (massa atômica), determinadas propriedades se repetiam diversas vezes, isto é, eram propriedades periódicas (USBERCO& SALVADOR, 2002) Em 1913, o inglês Moseley (1887-1915) verificou que as propriedades de cada elemento eram determinadas pelo número de prótons, ou seja, pelo número atômico (Z). Partindo com as ideias de Mendeleev sobre a periodicidade e com a ideia do Moseley verificou-se que as propriedades de cada elemento eram determinadas pelo número de prótons, ou seja, pelo número atômico (Z). Com base nessa constatação, foi proposta a tabela periódica atual dos elementos químicos. Onde Usbergo & Salvador (2002) afirmaram que estes elementos Químicos: estão dispostos em ordem crescente de número atômico (Z); originam os períodos na horizontal (em linhas); originam as famílias ou os grupos na vertical (em colunas). a) Periodos ou Séries No sistema periódico, os elementos químicos estão situados em sete periódos; cada periódo corresponde a um nível energético, quer dizer, o primeiro periodo corresponde aos átomos em os electrões terminam no nível de n=1, no segundo n=2, assim por diante. Cada novo período corresponde a ocupação de uma camada com um número quântico principal mais alto. Numero de período, indica o número de camadas para os átomos deste período (MAKONGA, 2014). 4 Resumindo as conclusões de Mendeleyev, podemos dizer que ele estabeleceu a chamada lei da periodicidade: Muitas propriedades físicas e químicas dos elementos variam periodicamente na seqüência de suas massas atômicas. 16 b) Grupos ou Familia Usbergo & Salvador (2002), afirmam que; existem, atualmente, duas maneiras de identificar as famílias ou grupos. A mais comum é indicar cada família por um algarismo romano, seguido das letras A e B, por exemplo, IA, IIA, VB. Essas letras A e B indicam a posição do eletrão mais energético nos subníveis. E final da década de 80, a IUPAC propôs outra maneira: as famílias seriam indicadas por algarismos arábicos de 1 a 18, eliminando-se as letras A e B. Nas famílias A, o número da família indica a quantidade de elétrões na camada de valência. Elas recebem ainda nomes característicos. Os elementos que constituem essas famílias são denominados elementos representativos, e seus elétrões mais energéticos estão situados em subníveis s ou p (MAKONGA, 2014). Tabela 1.1. Ilustrando os subgrupos principais e nomes respectivos das famílias. Grupo Nome da família Camada de valência Electrões na última camada Valência IA ou 1 Alcalinos ns1 1 1 IIA ou 2 Alcalinos terrosos ns2 2 2 IIIA ou 13 Terrosos ns2 np1 3 3 IVA ou 14 Carbonidos ns2 np2 4 4 VA ou 15 Azotidos ns2 np3 5 3 VIA ou 16 Calcogenios ns2 np4 6 2 VIIA ou 17 Halogénios ns2 np5 7 1 VIIIA ou 18 Gases nobres ns2 np6 8 0 Fonte: (MAKONGA, 2014) Nota: Hidrogenio5 5 O hidrogénio, primeiro elemento de Tabela Periódica, é aquele que tem menor número atómico. No entanto, não é fácil decidir a sua posição, porque ele tem características individuais que não podem ser comparadas com os elementos dos outros grupos. Ele aparece muitas vezes colocado no grupo 1 17 Os metais alcalinos6 - são sólidos metálicos maleáveis. Todos têm propriedades metálicas características, como brilho metálico prateado e altas condutividades térmicas e elétricas. O nome alcalino deriva de uma palavra árabe que significa ‘cinzas’ (BARBOSA, 2007). Os metais alcalinos terrosos7 - são mais duros e mais densos, fundindo-se a temperaturas mais altas. As primeiras energias de ionização dos metais alcalinos terrosos são baixas, mas não tão baixas como as dos metais alcalinos. Conseqüentemente, os metais alcalinos terrosos são menos reativos que seus vizinhos (BRADY J. E. & HUMISTON G. E., s/d). Os metais terrosos8 - são geralmente menos radioactivos do que os elementos dos grupos I e II. Ao contrário destes, os do grupo III não têm uma tendência global na reactividade e o primeiro elemento do grupo é um semi – metais (BARBOSA, 2007). Família do carbono9 - apresenta uma regra geral, o primeiro átomo do grupo é sempre menor e mais eletronegativo, e por isso apresenta maior energia de ionização e, sendo mais covalente e menos metálico. Os raios covalentes, portanto, aumentam de cima para baixo (BARBOSA, 2007). Azotidos10 elementos do grupo (VA) e seus compostos, é difícil, embora haja alguma similaridade comparativamente com os elementos dos grupos 13 e 14. Detecta-se também no grupo 15, o aumento do caráter metálico e da estabilidade dos estados de oxidação mais baixos à medida que descemos na coluna (BRADY J. E. & HUMISTON G. E., s/d) Os Calcogenios11, elementos do Grupo (VIA) -À proporção que desce no grupo, existe uma mudança de caráter não-metálico para metálico. O oxigênio, o enxofre e o selênio são não-metais típicos. O telúrio é um metalóide e o polônio, radioativo, é um metal (BARBOSA, 2007). 6 Os metais alcalinos: Li(litio), Na(sódio), K(potássio), Rb(rubidio), Cs(Césio) Fr(frâncio) 7 Metais alcalinos terrosos: Be (Berilio), Mg(Magnésio), Ca(Cálcio), Sr(Estroncio), Ba(Bário), Ra(Rádio) 8 Metais terrosos: B(Boro), Al(Aluminio), Ga(Gálio), In(Índio), Tl(Tálio),Nh(Nihónio). 9 Família do carbono:C(Carbono), Si(Silicio), Ge(Germânio), Sn(Estanho), Pb(Chumbo),Fl(fleróvio). 10 Azotidos: N(azoto), P(fosforo), As(arsénio), Sb(antimônio), Bi(Bismuto), Mc(Mascóvio). 11 Calcogenios: O(Oxigénio), S(enxofre), Se(Selênio), Te(Telúrio), Polónio(Po), Lv(Livermónio). http://www.tabelaperiodicacompleta.com/propriedades-periodicas#energia-de-ionizacao 18 Os halogênios12, elementos do grupo (VIIA) são não-metais que existem como moléculas diatômicas. Os halogênios têm as afinidades eletrônicas mais negativas de todos os elementos. Portanto, sua química é dominada pela tendência em formar íons -1, especialmente em reações com metais (idem). Os gases nobres13, elementos grupo VIII são não-metais que existem como gases monoatômicos. Eles não são reativos porque têm seus subníveis s e p totalmente preenchidos. Apenas os gases nobres mais pesados são conhecidos por formar compostos e formar apenas com os não-metais mais ativos, como flúor. Famílias B: Os elementos dessas famílias são denominados genericamente elementos de transição. Uma parte deles ocupa o bloco central da tabela periódica, de IIIB até IIB (10 colunas), e apresenta seu elétrão mais energético em subníveis d (d1 a d10) (USBERCO & SALVADOR, 2002) A outra parte deles está deslocada do corpo central, constituindo as séries dos lantanídeos e dos actinídeos. Essas séries apresentam 14 colunas. O elétron mais energético está contido em subnível f (f1 a f14) (idem). 1.8. Reacções e equações químicas Durante uma transformação física, a substância pode mudar a sua forma ou o seu estado, mas é ainda a mesma substância.Gifford (1992) apud Makonga (2014) afirma que; numa transformação química ou reacção química, uma substância é convertida em uma ou mais outras diferentes. Ainda Politi (1992) apud Makonga (2014) afirma que; as reacções químicas são os processos pelos quais as substâncias se transformam em outras As substâncias iniciais são os reagentes; as substâncias resultantes da transformação são os produtos. Misturando-se os reagentes, ocorre troca de electrões, rompimento de ligações e estabelecimento de novas ligações. As equações químicas representam a escrita usada pelos químicos. É uma linguagem universal, isto é, não muda de uma língua para outra ou de um país para outro. Isso 12 Halogenios: F(Flúor), Cl(Cloro), Br(Bromo), I(Iodo), At(Astato), Ts(Tennesso). 13 Gases nobres: He(Hélio, Ne(Neónio), Ar(argónio), Kr(Criptônio), Xe(Xenónio), Rn(Radônio). 19 simplifica bastante a maneira de expressar um fenômeno ou reação química (FELTRE, 2004).Qualquer reacção química pode ser escrita de uma forma abreviada, ou seja, numa equação. Uma equação14 mostra os reagentes (as substâncias que tomam parte duma reacção) e os produtos (as substâncias produzidas numa reacção) separados por uma seta, como mostra a equação abaixo: Brandini & Goldani (2007), convencionaram; a escrever as equações químicas de modo a representar o mais fielmente possível os fenómenos que ocorrem, tanto qualitativamente como quantitativamente. O primeiro membro, contendo as fórmulas dos reagentes, é escrito à esquerda. O segundo membro , com as fórmulas dos produtos, é escrito à direita. Uma flecha separa os dois membros. A flecha indica o sentido da reacção. Baseando-se em critérios como a natureza das substâncias (simples ou compostas) e a quantidades de reagentes e produtos, classifca-se as reacções em: Síntese ou composição; Análise ou decomposição; Deslocamento ou simples troca; Dupla troca. 1.8.1. Reações de síntese As reações de síntese ou adição são aquelas onde substâncias se juntam formando uma única substância (BRANDINI, L,A & GOLDANI, E,, 2007). Representando genericamente os reagentes por A e B, uma reação de síntese pode ser escrita como: 𝐀 + 𝐁 → 𝐀𝐁 Reacção entre metais alcalinos com os não metais: 14Os reagentes e os produtos constituem os dois membros da representação gráfica da reacção, que é a equação química. A + B + … C + D + … Reagentes Produtos (1º membro) (2º membro) 20 Todos os metais alcalinos15 - reagem com oxigenio formando diferentes óxidos Exemplo: 4Na + O2 → 2Na2O Apenas o litio reagem com o nitrogenio. Exemplo: 6Li + N2 → 2Li3N Todos os metais alcalinos reagem com halogenios Os halogênios para formar haletos iônicos e reagem com o hidrogênio para formar haletos de hidrogênio gasosos. Exemplo: 2K + Cl2 → 2KCl Todos os metais alcalinos reagem com enxofre. Exemplo: 2Na + S → Na2S Todos os metais alcalinos reagem com fosforo. Exemplo: 3K + P → K3P Reacção entre metais alcalinos terrosos com os não metais: Todos os membros do grupo formam óxidos normais Exemplo: 2Mg + O2 → 2MgO Todos os elementos do grupo formam nitretos a temperaturas elevadas Exemplo: 3Ca + N2 → Ca3N2 Todos os metais do grupo formam fosfetos a temperaturas elevadas. Exemplo: 3Mg + 2P → Mg3P2 Todos os metais formam sulfetos Exemplo: Ba + S → BaS Todos os metais formam selenetos. Reacções entre os terrosos com os não metais: 15 São extremamente reativos quando expostos ao oxigénio 21 Todos os elementos deste grupo reagem com oxigenio formando oxidos Exemplo: 4Al + 3O2 → 2Al2O3 Todos os elementos deste grupo reagem com enxofre formando sulfuretos Exemplo: : 2Ga + 3S → Ga2S3 Todos reagem com os halogenios exepto Tálio16. Exemplo: 2B + 3Cl2 → 2BCl3 1.8.2. Reacção de analise As reacções de análise ou decomposição são o oposto das reacções de síntese, ou seja, um único reagente dá origem a vários produtos mais simples que ele. Nas reacções de análise é comum a formação de gás e sua liberação após a decomposição (BRANDINI & GOLDANI, 2007). KOTZ & TRECHEL (2005), afirmam que; esse facto nesse tipo de reacção, é atribuído a sua formação por afinidade electrónica e os elementos que constituem substâncias gasosas são altamente electronegativos, ligando-se aos mais electropositivos que tendem a formar substâncias sólidas, após a decomposição do composto primário, os átomos mais simples são liberados voltando ao estado de origem. Existem vários métodos para a quebra de moléculas maiores em substâncias elementares, dentre os mais comuns estão a: pirólise: quebra por alta temperatura; electrólise: quebra por corrente eléctrica e fotólise: quebra por radiação luminosa. Exemplo: a) CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) b) 2NaHCO3 → Na2CO3 (s) + H2O(l) + CO2 (g) 16 Os trihalogenetos de tálio são pouco estáveis quando comparados com os dos restantes elementos do grupo 13. O triflureto de tálio (TlF3) hidrolisa em vez de formar hidratos, as suas reacções são bastante complexa. (http://e-escola.tecnico.ulisboa.pt/topico.asp?id=480&ordem=9). 22 1.8.3. Reacções de simples troca ou substituição As reacções de deslocamento ou de simples-troca merecem um pouco mais de atenção do que as anteriores. Não que sejam complicadas, pois não são, mas por alguns pequenos detalhes (BRANDINI & GOLDANI, 2007). Podemos reconhecer estas reacções pela presença nos reagentes de uma substância pura simples ( um único tipo de elemento) e uma substância pura composta (apresenta catião e anião) Fórmula Geral 1º caso: A + BC → AC + B 2º caso: X + YZ → YX + Z 1º caso: “A” desloca “B” (catião), formando novos produtos. Esta reacção acontece quando “A” é um metal mais reactivo que o catião “B”. 2º caso: “X” desloca “Z” (ânion), formando novos produtos. Esta reação acontece quando “X” é um ametal mais reativo que o ânion “Z”. Caso os metais ou ametais não sejam os mais reativos a reação não ocorre. a) Reatividade dos metais Fr > Cs > Rb > K > Na > Li > Ra > Ba > Sr > Ca > Mg > Be > Al > Ti > Mn > Zn > Cr > Cd > Fe > Co > Ni > Sn > Pb > H > Bi > Sb > Cu > Hg > Ag > Pd > Pt > Au b) Reatividade dos ametais F > O > N > Cl > Br > I > S > C > Se > At > Te > P > H > As > B > Si Um metal que vem antes na fila é mais reactivo, mais electropositivo e consegue deslocar os que vêm depois. Diz-se que, a medida que diminui a reactividade, aumenta a nobreza do metal (FELTRE, 2004). Obs: Au é mais nobre que Pt, que, por sua vez, é mais nobre que Ag, e assim por diante. O hidrogénio está escrito na série de reactividade acima, apesar de não ser um metal, devido às reacções envolvendo ácidos. 23 Exemplo: a) Uma peça de zinco metálico mergulhada numa solução de cloreto de cobre (II) sofre a reacção descrita pela equação17: )()(2)(2)( SaqaqS CuZnClCuClZn b) Au + HCl → não reage [o ouro (metal menos reativo) não desloca o hidrogênio (cátion)] 1.8.4. Reacções de dupla troca As reações de dupla-troca se caracterizam por haver, literalmente, trocas entre os elementos de cada molécula envolvida na reação. Ou seja, determinados átomos, iões ou radicais mudam de posição passando para a outra molécula substituindo o átomo, íões ou radical que estava naquela posição (BRANDINI & GOLDANI, 2007). Fórmula Geral: AB + CD → AC + BD As reações de dupla-troca ocorrem somente em solução aquosa e os reagentes estão sempre dissociados ou ionizados. Os reagentes AB e CD não podem ser sólidos ao mesmo tempo, mas uma combinação entre líquido e sólido: líquido + líquido, líquido + sólido ou sólido + líquido. E, ao mesmo tempo, como característica de uma reação de dupla-troca os produtos devem ser diferentes dos reagentes (Idem) Uma característica das reações de dupla troca é que os reagentes geralmente não são óxidos, pois estes tendem a reagir em reações de síntese e não em dupla-troca. Logo, são reações de dupla-troca àquelas onde reagem: um ácido e uma base (neutralização), dois sais (com um insolúvel), um sal e um ácido (formando outro sal e outro ácido) ou um sal e uma base (formando outro sal e outra base). Ex: a) )()(4)(42)(2 2 aqaqaqaq HClBaSOSOHBaCl 17Essa reacção ocorre, pois o zinco é mais reactivo que o cobre. Já a reacção inversa, )(2)( aqS ZnClCu , não ocorre. O cobre, sendo menos reactivo ou mais nobre que o zinco, não consegue deslocá-lo de seu composto 2ZnCl . Em outras palavras: uma peça de zinco dissolve-se numa solução aquosa de sal de cobre, mas uma peça de cobre não é atacada numa soluçãoaquosa de sal de zinco. 24 b) HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) 1.9. Balanceamento das equações químicas Feltre (2004) afirma que; É importante ressaltar que uma equação química só está correta quando representa um fenômeno químico que realmente ocorre, por meio de fórmulas corretas (aspecto qualitativo) e coeficientes corretos (aspecto quantitativo). Lavoisier18,(1785). Para isso devem aparecer números que precedem as fórmulas e que recebem o nome de coeficientes. Os coeficientes de qualquer equação química são encontrados com base nas leis ponderais. Foi com base nessas leis experimentais que se concluiu que os átomos que fazem parte dos reagentes são os mesmos que fazem parte dos produtos (os átomos se conservam). Para que uma equação encontre-se devidamente balanceada, é necessário que se tenha um balanço de cargas, ou seja, a carga final dos produtos deve ser igual à carga final dos reagentes e que átomos de um mesmo elemento químico estejam presentes em igual quantidade tanto nos reagentes quanto nos produtos (CARVALHO, 2010). Método directo ou método das tentativas para balancear uma equação química permite determinar que números devem ser colocados à frente das fórmulas das substâncias (reagentes e produtos) e permite obter os coeficientes das equações através da observação e do raciocínio (FELTRE, 2004). É o mais simples de todos, consistindo em se tentar ajustar um dos elementos, por meio de um coeficiente tal que permita o ajustamento dos demais19. Exemplos: Balancear a equação química: Al(OH)3 + H2S → Al2S3 + H2O 1) Passo: ajustar o Alumínio 2Al(OH)3 + 3H2S → Al2S3 + H2O 2) Passo: Ajustar o enxofre 18Antoine Laurant Lavoisier, (1743-1794) cientista Francês considerado o pai da Química Moderna. Foi ele quem descobriu que a água é uma substância composta, formada por dois átomos de hidrogénio e um de oxigénio: H2O. 19Durante o balanceamento será útil escrever os números 1 das substâncias já acertadas, evitando ficar sem saber que substância já foi balanceda. Apesar disso, os coeficientes unitários são dispensaveis ao final. http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81gua_(subst%C3%A2ncia) http://pt.wikipedia.org/wiki/Subst%C3%A2ncia#Subst.C3.A2ncia_simples_e_subst.C3.A2ncia_composta http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrog%C3%AAnio http://pt.wikipedia.org/wiki/Oxig%C3%AAnio 25 2Al(OH)3 + 3H2S → Al2S3 + H2O 3) Passo: Ajustar o hidrogénio 2Al(OH)3 + 3H2S → Al2S3 + 6H2O 4) Passo: ajustar o oxigénio O oxigénio automaticamente está ajustado. Os valores encontrados (2,3,1 e 6). Ao balancear as equações químicas, existem diversos factores que precisam ser levados em consideração: Ajustar primeiro as moléculas gigantes e com muitos átomos, pode bagunçar o ajuste de outras, por isso utilize primeiro moléculas menores; Se não quiser manter números fraccionários como índices, poderá multiplicar toda equação pelo maior denominador de todas fracções, de forma a neutralizar as fracções. Acertando o número de átomos de cada elemento em ambos os membros, consequentemente equilibra os dois membros (esquerdo e direito). 26 CAPITULO II – MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Caracterização da área de estudo A Escola de Formação de Professores “Comandante Foguetão” foi criada à luz do Decreto Executivo Conjunto nº 336/ 015, de 7 de Julho. É uma instituição pública, construída de raiz no Bairro Tange, ao Oeste da cidade do Uíge, limitada ao Norte pelos Bairros Popular e Pedreira, ao Sul pelos bairros Catapa, a Este pela cidade do Uíge, ao Oeste pelo Bairro Tange, Município do Uíge, Província do Uíge. Tem 27 salas de aulas, 3 laboratórios (Química, Biologia e Física), uma sala de Informática, sala de Professores, Biblioteca, 8 casas de banho para alunos, 3 casas de banho para professores e 3 casas de banho para a Direcção, área adstrita para a Direcção e todos os serviços administrativos da instituição (Projecto Educativo da Escola Escola de Formação de Professores , 2017)20. Apresenta uma estrutura do 1º andar, formada em três blocos interligados entre si, tem uma varanda saliente em forma de meia-lua na parte frontal da mesma e a parte traseira tem uma rampa para o acesso de deficientes físicos, ver apêndice D. Está vedada por um murro de 2 metros de altura e com portões de entrada e saída. São ministrados os cursos de Língua Portuguesa-Educação Moral e Cívica, Biologia- Química, História-Geografia e Matemática-Física. Estes cursos são assegurados por professores com vasta experiência de trabalho, sendo Bacharéis, Licenciados e Mestres. Na sua maioria formados em ciências de Educação, reunindo assim as qualidades exigidas para leccionar numa Escola de Formação de Professores. 20 O referido Projecto Educativo concorre para o período 2017-2020, cuja concepção do mesmo está ajustado às transformações e exigências da realidade envolvente actual e da sociedade em geral, pelo que se afirma essencialmente como um documento dinâmico, mas também aberto a periódicas revisões e actualização sempre que for necessário. 27 2.2. Descrição dos materiais O SimEQ (Simulador de Equações Químicas) é um aplicativo desenvolvido para plataformas Windows x86 e x64, cuja função principal é de “realizar cálculos simulados entre elementos químicos”, destinado ao ensino de Química. Para criação utilizou-se as seguintes feramentais; Computador de marca Lenovo, ver o apêndice F; Livros ou manuais; Internet da Angola Telecom (HG532, Home gateway), ver o apêndice F; RUP (Rational Unified Process – Processo Unificado Racional); UML (Unified Modeling Language – Linguagem Unificada de Modelagem); NET Framework; Visual Basic.NET; Visual Studio; Microsoft Office Access; 2.3. Concepção do software O software criado de modo a incluir material adicional em relação ao normalmente utilizado em sala de aula, onde visa fornecer aos usuários uma ferramenta prática e amigável que sirva de complementação e enriquecimento aos conteúdos reacções químicas. A criação deste, contou com diversos mecanismos e ferramentas da Engenharia de Software, entre as quais; o computador que serviu como base de toda a elaboração do projecto, os livros ou manuais que serviu como suporte para a busca de conhecimento e informações relacionada a criação. A metodologia RUP (Rational Unified Process - Processo Unificado Racional) que ofereceu técnicas para conceber, elaborar e construir um aplicativo que atende as necessidades noutrora descritas; o UML (Unified Modeling Language - Linguagem Unificada de Modelagem), linguagem através do qual permitiu modelar o aplicativo; o NET Framework, plataforma usada para implementar o projecto concebido usando a linguagem de programação Visual Basic.NET para a codificação; e finalmente, o Microsoft Office Access, na sua versão 2010, que é um sistema de gestão de base de dados relacional, através do qual criou - se um banco de dados para o armazenamento de informações relativos aos elementos químicos, suas famílias e não só. 28 No processo de implementação do aplicativo, O banco de dados é um dos elementos que fez parte do aplicativo criado. Ele desempenha a função de armazenamento de forma estruturado e relacional dos dados manipulados pelo aplicativo. Para criação e manipulação do banco fez-se o uso do SGBD (Sistema Gerenciador de Banco de Dados) Microsoft Office Access 2010. O Microsoft Office Access, também chamado de MSAcess, é um sistema de gerenciamento de banco de dados da Microsoft, que combina o Microsoft Jet Database Engine com uma interface gráfica do utilizador. Ele auxilia na gestão de banco de dados e possibilita a análise de grandes quantidades de informações, como aFigura 2.1. Figura 2.1- Banco de dados do aplicativo no MSAccess 2010 Fonte: MSAccess 2010 Para a criação da interface gráfica do aplicativo, no sentido de facilitar o manuseio, utilizou-se o IDE (Integrated Development Environment – Ambiente de Desenvolvimento Integrado) Visual Studio 2010, onde através da linguagem de programação Visual Basic.NET realizou-se a implementação e toda sua codificação; como vê-se na Figura 2.2 29 Figura 2.2. Ambiente de desenvolvimento da interface do aplicativo Fonte: SimEQ A seguir a Tabela 2.1 apresenta o resume dos mecanismos e ferramentas usadas desde a concepção até a implementação do aplicativo. Tabela 2.1. Resumo dos mecanismos e ferramentas usadas Fonte: SimEQ N/O Designação Observação 01 Visual Studio 2010 Ambiente de desenvolvimento 02 Visual Basic.NET Linguagem de programação 03 Microsoft Office Access 2010 Gerenciador de banco de dados 04 RUP Método de desenvolvimento 05 UML Linguagem de modelação 30 2.3.1. Estrutura do SimEQ A estrutura do SimEQ apresenta cinco componentes: a pagina de inicio, simulação, dicionário de quimica, descrição dos elementos representativo e tabela periodica. Pagina de inicio: Página na qual o usuário escolhe alguns recursos que é desposto no SimEQ, fornecendo um ambiente agradável e de fácil manipulação como mostra a Figura 2.3 Simulação - Página na qual, onde estão descritos os elementos representativo como mostra a Figura 2.4, tendo ainda outras ferramentas tais como: 1) Field – espaço na qual ficará os elementos de forma explicativa. 2) Caixa reaccionaria – espaço reservado para inserir os elementos que se pretende reagir e apresentando os seguintes botões: Reagir Equilibrar equação Salvar Escala de electronegatividade de Pauling Observações Fonte: SimEQ Figura 2.3. Pagina de inicio SimEQ 31 Dicionário de química - as informações contidas neste dicionário resultam de pesquisas em documentos, apostilas e sites na internet. Não são, portanto, de minha autoria. Descrição dos elementos representantivo (DER) - Consideram-se assim os elementos situados nos grupos ou colunas 1,2,13,14,15,16,17 e 18. São chamados representativos pelo facto de apresentarem propriedades químicas semelhantes dentro do grupo como mostra a Figura 2.5 Fonte: SimEQ Fonte: SimEQ Figura 2.4-Simulação Figura 2.5-Elementos Representativo da Tabela Periodica 32 Tabela Periódica - possui o nome “Periódica” porque, conforme os seus elementos são arranjados, as propriedades destes apresentam um curioso comportamento repetitivo como mostra a Figura 2.6 2.3.2. Aplicação do SimEQ A área de estudo escolhida foi Química Geral, em particular a unidade temática de reacções químicas no programa da 10ª classe. Os recursos mínimos necessários a esta implementação são: Ter acesso a um computador; A nível de software torna-se necessário apenas o sistema operativo de preferência Windows que normalmente já vem com o computador. Todo o software apresentado é distribuído gratuitamente e está ao alcance de todos. Fonte: SimEQ Figura 2.6-Tabela Periodica 33 Actividade 1: Reacção entre os metais alcalinos com Halogénios excepto ástato, ver a Figura 2.7 Fonte: SimEQ Actividade 2. Reacção entre metais alcalinos com Oxigénio, ver a Figura 2.8 Fonte: SimEQ Figura 2.7-Reacção entre metais alcalinos com Halogénios excepto Figura 2.8- Reacção entre metais alcalinos com Oxigénio 34 Actividade 3. Reacção entre Litio e Nitrogénio, ver a Figura 2.9 Fonte: SimEQ Actividade 4 – Reacção entre metais alcalinos com Enxofre, ver a Figura 2.10 Fonte: SimEQ Figura 2.9- Reacção entre Litio e Nitrogénio Figura 2.10- Reacção entre metais alcalinos com Enxofre 35 Actividade 5- Reacção entre metais alcalinos com fosforo, ver a Figura 2.11 Nota: A ilustração das outras equações químicas dos metais representativos encontra-se na manipulação do simulador criado com a denominação SimEQ. 2.4. Fases da pesquisa Para a elaboração de uma pesquisa científica, é imprescindível conhecer os procedimentos e percursos a serem realizados, desde o início até sua finalização, além da divulgação dos novos conhecimentos desenvolvidos. 2.4.1. Amostragem Deste modo a população do presente estudo foi constituída por 60 alunos da 13ª classe e 6 professores, isto é na biblioteca da escola do magistério “Foguetão” do Uíge, onde se extraiu uma amostra de 54 alunos de ambos os sexos com idades comprendidas entre 16 e 24 anos, outros 6 alunos haviam se ausentado, por está razão que não foram selecionados na amostra e 6 professores na qual não se especificou a suas idades por questões deontologicas. Utilizou-se a amostra representantiva. É a amostra da qual a análise pode oferecer conclusões válidas sobre a população, para tanto é preciso que a amostra seja extraída de acordo com critérios bem definidos. Fonte: SimEQ Figura 2.11- Reacção entre metais alcalinos com fosforo 36 2.4.2. Inquerito Nesta fase, , aplicou-se o inquérito por questionário constituído por 13 perguntas fechadas, dirigidos aos alunos e professores que lecciona a disciplina de Química. O mesmo é composto por duas parte, onde a primeira versa sobre o uso das TICs no ensino de química com onze (11) questões para a secção A e B. A segunda constituída por duas (2) questões, que são direccionadas a avaliação do software desenvolvido. a) Secção A-Professores b) Secção B-alunos Na secção A, a ficha de inquérito é constituída por 4 Questões (Ver Apêndice A): A primeira está relacionada à utilização do computador em interacção directa com os alunos, no decorrer das suas aulas e no âmbito da disciplina de Química; A segunda baseou-se no uso de um simulador de reacções químicas nas aulas de química; A terceira é assente aos tipos de aplicações ou softwares usados em interacção directa com os seus alunos; A quarta, baseou-se nas dificuldades infrentadas numa real integração das TIC no ensino e aprendizagem de Química: Na secção B, a ficha de inquérito é constituída por 7 Questões (ver Apêndice B): A primeira questão está ligado as reacções químicas; A segunda baseou-se no nível de conhecimento sobre as reacções químicas; A terceira norteou-se na finalidade do uso do computador; A quarta está relacionada ao acesso a um computador; A quinta está relacionada na existência de um laboratório de informática que lhe permite aplicar os conhecimentos de química; A sexta apoiou-se no conhecimento de um simulador virtual de Química relativo as reacções químicas; A setima, referiu-se nas tecnologias de informação e comunicação, se poderia auxiliar na aprendizagem de Química. 37 Depois de se ter dado as actividades com o simulador SimEQ e de acordo com os procedimentos utilizado, surgiu a grande necessidade de avaliar o SimEQ, como resultado da aplicação feita e a validade da hipótese. Neste aplicou - se duas (2) questões sobre a avaliação do SimEQ. Tais como: A primeira está relacionada na avaliação do SimEQ (Simulador de Equações Química) apresentado no processo de ensino-aprendizagem de Química; A segunda – tendo em conta a avaliação feita do SimEQ, o uso do mesmo se facilitaria no processo de ensino-aprendizagem de Química. 2.5. Técnicas de pesquisa 2.5.1. Análise bibliográfica A técnica de pesquisa bibliográfica consistiu na busca dos materiais já publicado, constituído principalmente de: livros, revistas, artigos científicos, monografias, dissertações, teses, internet, com o objectivo de colocar o investigador em contacto directocom todo material já existente sobre o assunto da pesquisa. Na pesquisa bibliográfica, foi indispensável onde verificou-se a veracidade dos dados obtidos, observando as possíveis incoerências ou contradições que as obras apresentaram. 2.5.2. Análise estatística O método estatístico permitiu fazer uma descrição quantitativa dos alunos, considerada como um todo organizado. Com base na utilização de inquerito por questionário, possibilitou determinar em termos numéricos, o uso das TICs no processo de ensino e aprendizagem. A estatística descritiva consiste na obtenção, análise e interpretação de dados numéricos através da criação de instrumentos adequados, tendo como objectivo principal sintetizar uma série de valores da mesma natureza e permitir que se tenha uma visão global da variação desses valores. A mesma ajudou a extrair indicadores estatísticos importantes, como a frequência e a percentagem válidas Os dados foram analisados utilizando o programa estatístico SPSS (Statistical Package for the Social Sciences® IBM) versão 22 combinado com Microsoft Excel, que permitiu tratamento das perguntas e tabulados através de gráficos. A utilização deste instrumento que tem por objectivo principal descrever, resumir, totalizar e apresentar graficamente dados da investigação. 38 2.6. Dificuldades e Limitações Considerando a realidade do país e em particular a província do Uíge, várias são as dificuldades constatadas, desde o ponto de vista de escassez do uso dos laboratórios de informática e com maior relevância a burocracia existente nas escolas, onde o investigador encontra muitos impasses para realização de um trabalho cientifico, mesmo sendo credenciado. No começo, este projecto poderia ser apresentado no Magistério “General Foguetão” do Uíge, mas naquele momento que se solicitou, a sala de informática estava sem corrente eléctrica, por está razão pediu-se um outro credêncial para realizar a pesquisa no Liceu do Uige, onde na primeira fase houve deferimento e quando chegou a fase para uso do laboratório de Informática houve impedimento, na qual obrigaram que remete-se uma outra carta dirigida ao Director Geral da mesma instituição para além do credêncial emitido no ISCED, logo obedeceu-se os principios administrativos entregando a carta para autorização do laboratório de Informática, mas mesmo assim foi indeferida por motivos de não ser funcionário da mesma instituição. Por este motivo que solicitou-se a Direcção do Magistério para realizar apenas palestra em vez de trabalhar no laboratório de informática. Outrossim não foi fácil apresentar este projecto, pois, há pouca cultura nas nossas escolas sobre o uso da novas TICs. O software educativo (Simulador de Equações Química) concebido apresenta as seguintes limitações: O SimEQ, limitou-se em reacções de sintese, em que a reacção ocorrerá apenas entre substâncias simples com outras simples para resultar em uma única subtância composta; A reacção será feita apenas com os elementos representativo da tabela periodica; Os elementos que apresenta arteristico (*), estão desabilitados, isto quer dizer que não reagiram; Ao clicar no elemento para ir na caixa reaccionaria, só vai reagir quando o primeiro elemento for menos electronegativo e o segundo mais electronegativo. Isto é para reacção entre os não metais; 39 Para o outro caso, primeiro deve-se dar click no elemento metálico como primeiro reagente e depois o elemento não metálico como segundo reagente, o inverso não ocorrerá. Para aqueles elementos que tem o número de oxidação variado, não foram especificado todas as reacções; Todos os gases nobres estão desabilitados, isto quer dizer que não reagem. 40 CAPITULO III – RESULTADOS E DISCUSSÃO Neste capitulo, apresenta-se os resultados do inquérito por questionário constituído por 13 perguntas fechadas, dirigidos aos alunos e professores que lecciona a disciplina de Química. Questão1: Utilização do computador em interacção directa com os alunos, no decorrer das aulas e no âmbito da disciplina de Química. Quanto à utilização do computador em interacção directa com os alunos, no decorrer das aulas, a Figura 3.1 mostra que dos 6 professores inqueridos, 5 (83,3%) que responderam não, e apenas 1(16,6%) respondeu sim e de acordo com os resultados da nossa investigação. Isso demonstra que não usam o computador em interação directa com os alunos. Tendo em conta a inclusão das TICs no processo de ensino- aprendizagem. A introdução das TIC na esfera educativa é uma exigência imposta pela sociedade actual e um desafio colocado à escola, aos professores e aos alunos. Figura 3.1.Utilização do computador em interacção directa com os alunos, no decorrer das aulas e no âmbito da disciplina de Química Questão2: Uso de um simulador de equações químicas nas aulas de química. A segunda pergunta basea – se no uso de um simulador de reacções químicas nas aulas de química, onde a Figura 3.2 mostra que dos 6 professores inqueridos, todos responderam que nunca usaram um simulador de reacções químicas. Com os 17% 83% Percentagem sim Não 41 resultados da nossa investigação, isso demonstra que não usam nenhum simulador de reacções químicas na sala de aula. Figura 3.2. Uso de um simulador de equações químicas nas aulas de Química Questão3:Tipo do simulador utilizado na interacção directa com os alunos Cerca de 5 (83,3%) dos professores não usam um simulador, apenas 1 (16,6%) que usa em interacção directa com os seus alunos. O tipo de aplicação é “processador de texto (Word, Excel, Power point e outrsos). Conforme mostra a Figura 3.3. Figura 3.3. Tipo do simulador utilizado na interacção directa com os alunos 100% 0% PERCENTAGEM Não Sim 17% 0% 0% 83% PERCENTAGEM Processador de texto Internet Software pedagógico Nenhum 42 Questão4:Dificuldades infretadas numa real integração das TICs no ensino de Química Na referida escola os professores possuem condições, à partida, semelhantes: possuem um computador pessoal e a escola possui uma sala de informática que poderá estar mais ou menos disponível. Para estes professores o obstáculo mais difícil de ultrapassar é inquestionavelmente a falta de software e recursos digitais apropriados, a falta de formação especifica para integração das TICs, conforme ilustra a Figura 3.4. Figura 3.4.. Dificuldades infretadas numa real integração das TICs no ensino de Química Questão5:Estudo das Reacções químicas Dizer que os alunos inqueridos, 54 (100%) já estudaram reacções químicas demonstrando assim, um grande interese de aplicação de um Simulador “SimEQ”. Conforme ilustra a Figura 3.5. 0% 50%50% 0% PORCENTAGEM F.M.T FFEIT FRDA FMP 43 Figura 3.5. Estudo das Reacções químicas Questão6:Nivel de conhecimento sobre reacções químicas Quanto ao nivel de conhecimento sobre reacções químicas, a Figura 3.6 mostra que dos 54 inqueridos, 31 (57,4%) alunos têm conhecimento médio sobre as reacções químicas, 13 (24,1%) têm o conhecimento baixo e 10 (18,5%) que têm um conhecimento alto. Isso demonstra que os alunos apresentam um conhecimento médio sobre as reacções químicas. Figura 3.6. Nivel de conhecimento sobre reacções Químicas 100% 0% PERCENTAGEM Sim Não 19% 57% 24% PERCENTAGEM Alto Médio Baixo 44 Questão7:Utilização de computadores A Figura 3.7. a ilustra a utilização de computador, onde dos 54 inqueridos verificamos que 48 (88,9%) já tiveram acesso a um computador e apenas 6 (11,1%) que nunca tiveram acesso a um computador. Significa que a maior parte dos alunos já usaram computador, isto demonstra um bom indicador para inclusão das TICs no processo de ensino e aprendizagem. Figura 3.7. Utilização de computadores Questão8: Finalidade da utilização do computador Quanto a
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