Promovendo aprendizagem de conceitos e de representações pictóricas em Química com uma ferramenta de simulação computacional

Revista Electrnica de Enseanza de las Ciencias Vol. 4 N 1 (2005)

Promovendo aprendizagem de conceitos e de representaes pictricas em Qumica com uma

ferramenta de simulao computacional

Flvia M. T. Santos y Ileana M. Greca

Faculdade de Educao, UFGRS. Rua Paulo Gama, 12201-9, 90046-900, Porto Alegre, RS, Brasil. E-mail: [email protected]

Resumo: Neste artigo relatamos uma experincia de utilizao de um software de simulao Monte Carlo, no tpico Interaes Intermoleculares da disciplina de Qumica Geral I, com alunos dos cursos de Qumica (licenciatura e bacharelado) e Farmcia da ULBRA. Analisamos as dificuldades e os ganhos conceituais e representacionais, focando fundamentalmente os conceitos envolvidos nos sistemas propostos e as representaes pictricas elaboradas pelos estudantes universitrios. Os resultados parecem indicar uma certa melhoria na representao pictrica e na parte conceitual, sendo que os estudantes que tm algum domnio conceitual apresentam um avano mais acentuado que aqueles estudantes que no apresentam nenhum domnio conceitual.

Palavras-chaves: conceitos qumicos, representaes pictricas; uso de ferramentas de simulao.

Title: Learning of concepts and pcitorical representations in Chemistry with computational simulations

Abstract: In this article we relate the use of a Monte Carlo simulation software for the topic Intermolecular Interactions in a course of General Chemistry I with sophomore students of Chemistry and Pharmacy, from ULBRA University. We analyze the difficulties and gains in the conceptual and pictorial representations levels, focusing the concepts involved in the proposed systems and the pictorial representations elaborated by the undergraduates students. The results seem to show some improvement in the representational and conceptual level, being the students with some previous conceptual understanding who presents more significant improvement than students who seem to have a previously very poor conceptual understanding.

Key-words: chemistry concepts, pictorial representations, simulations.

Introduo

Fazer que os estudantes aprendam a utilizar o modelo cintico molecular da matria como instrumento interpretativo de distintos fenmenos (Gutirrez Julin, Gmez Crespo y Pozo, 2002) um dos principais objetivos do ensino de qumica: os alunos devem aprender a interpretar os fenmenos qumicos em

Revista Electrnica de Enseanza de las Ciencias Vol. 4 N 1 (2005) termos do arranjo e movimento de molculas e tomos. Neste processo de compreenso do conhecimento qumico esto envolvidos trs diferentes nveis de representao: macroscpico, microscpico e simblico (Johnstone, 1982, 1993). No nvel macroscpico os fenmenos so observveis e no microscpico o processo qumico explicado pelo arranjo e movimento de molculas, tomos ou partculas subatmicas. A qumica simblica expressa por smbolos, nmeros, frmulas, equaes e estruturas (Wu, Krajcik & Soloway, 2001).

Entretanto, estudos revelam que muitos estudantes tm dificuldade em compreender as representaes em qumica (Ben-Zvi et al., 1988). As compreenses microscpica e simblica so especialmente difceis para os estudantes porque so invisveis e abstratas e o pensamento dos alunos construdo sobre a informao sensorial (Ben-Zvi, Eylon & Silberstein, 1987). Alm disso, os estudantes no estabelecem relaes apropriadas entre o nvel macro e o microscpico (Pozo, 2001; Kosma & Russell, 1997; Gillespie, 1997) e ainda, muitos que tenham conhecimento conceitual e habilidade de visualizar, so incapazes de transladar de uma dada representao qumica a outra (Wu, Krajcik & Soloway, 2001).

Para superar essas dificuldades, pesquisadores e educadores tm sugerido uma variedade de abordagens instrucionais. As estratgias propostas incluem o uso de modelos fsicos (Huddle, White & Rogers, 2000); desenhos estticos (static drawings) (Sanger, 2000); e animaes (dinmicas e tridimensionais) criadas por ferramentas tecnolgicas para ajudar os estudantes a aprender a utilizar representaes microscpicas e simblicas na descrio e explicao de processos qumicos (Barnea & Dori, 2000).

O uso de modelos e ferramentas tecnolgicas para promover a aprendizagem qumica (Esquembre, 2001, Lijnse, Licht, Vos & Waarlo, 1990; Ben-Zvi, Silberstein & Mamlok, 1990; Tsaparlis & Georgiadou, 1993) parece permitir aos estudantes visualizar o comportamento cintico-molecular de sistemas, assim como possibilitar que eles sejam capazes de aprender a utilizar diferentes representaes com certa competncia. Assim, alguns estudos revelam que o uso de animao computacional amplia a aprendizagem conceitual dos estudantes (Sanger, 2000), e mais efetivo para ajud-los a visualizar a dinmica dos processos qumicos no nvel molecular, particularmente quando o tpico envolve atributos de visualizao, movimento ou trajetria, assim como as mudanas ao longo do tempo (reaes de precipitao, equilbrio, reaes de cido-base, etc.) (Sanger & Badger II, 2001).

Avanando na possibilidade de interao entre o estudante e as ferramentas computacionais encontram-se os softwares de modelagem molecular1, recursos

1O termo modelagem molecular pode ser usado para designar diferentes tipos de ferramentas

computacionais. Vieira (1997) chama de software de modelagem aquele que executa uma grande quantidade de clculos e envolve o tratamento matemtico de um modelo de dados. Por outro lado, Esquembre (2002) denomina ferramentas de modelagem programas em que o usurio desenvolve a sua prpria simulao computacional. As modelaes no vm sendo usadas na Educao Qumica apesar do

Revista Electrnica de Enseanza de las Ciencias Vol. 4 N 1 (2005) de visualizao qumica que permitem ao estudante ver e interagir com mltiplas representaes de modelos moleculares, simultaneamente (Wu, Krajcik & Soloway, 2001; Haddy, 2001, Kantardjieff, Hardinger & Willis, 1999). Neste tipo de software de simulao, que possibilita ao usurio a interao sem as limitaes ou perigos que o sistema real possa ter (Eichler e Del Pino, 2000), existe um modelo subjacente pr-determinado, construdo pelo pesquisador ou professor.

Atravs deste tipo de programa, o aluno seria capaz de visualizar eventos que acontecem a nvel microscpico favorecendo a descrio, explicao e explorao de fenmenos e idias abstratas, possibilitando tambm oportunidade de feedback, reflexo e reviso das representaes elaboradas e dos conceitos envolvidos (Esquembre, 2002). Nesta categoria, podem ser encontradas ferramentas que simulam conceitos e fatos relacionados a sistemas, como a simulao da estruturao de uma molcula, da mudana de temperatura ou da alterao da presso exercida sobre algum sistema (Sanger & Badger II, 2001, Varnek et al., 2000) ou, ainda, podem ser simuladas seqncias de operaes e procedimentos como, por exemplo, as simulaes pr-laboratoriais ou laboratoriais com as quais o aluno pode treinar e executar os procedimentos em um laboratrio virtual (Jones, 2000).

De uma maneira geral, os estudos relatam que o uso de simulaes computacionais produz uma significante aprendizagem conceitual (Tao & Gunstone, l999) e uma apropriao representacional (simblica e microscpica) por parte do estudante (Wu, Krajcik, Soloway, 2001).

Embora o uso deste tipo de ferramentas seja fomentado, so poucas as pesquisas relatadas na literatura que avaliam os tipos de ganhos conceituais ou representacionais que so obtidos mediante sua utilizao. Esse ser o foco do trabalho que aqui apresentamos, onde relatamos a utilizao e avaliao das aprendizagens de estudantes universitrios que utilizaram uma destas ferramentas de simulao, o programa DICEWIN, no tpico Interaes Intermoleculares da disciplina de Qumica Geral I. Na anlise dos resultados da utilizao do software tentamos abordar estes aspectos de forma conjunta, de maneira a obter alguns indcios que permitam adentrar nesta complexa e fundamental questo para o ensino de qumica. Obviamente, este trabalho no tem o intuito de resolver esta questo, pretendemos apresentar resultados que parecem indicar a necessidade do tratamento conjunto da representao pictrica e aprendizagem conceitual.

Conceitos, representaes e modelao na qumica introdutria

O que significa que os estudantes aprendam a utilizar o modelo cintico molecular? Em geral, o que significa aprender a modelar em qumica? Na fsica, por exemplo, modelar uma situao envolve expressar matematicamente as relaes fsicas entre os objetos idealizados para model-la, a partir dos supostos de um dado modelo. Na qumica, no entanto, este tipo seu grande potencial em permitir aos estudantes explicitar suas prprias concepes (Ribeiro e Greca, 2003).

Revista Electrnica de Enseanza de las Ciencias Vol. 4 N 1 (2005) de modelao deixado para nveis mais avanados. Em geral, ao nvel introdutrio, se pretende que os estudantes sejam capazes de modelar uma situao a partir da utilizao de uma representao pictrica, que lhes permita raciocinar e que possa, a seguir, ser expressa na sua contrapartida simblica.

Estas representaes se referem, fundamentalmente, aos modelos atmicos e moleculares utilizados para tornar possvel a visualizao de idias complexas, processos e sistemas (Barnea & Dori, 2000). Algumas das representaes mais utilizadas em qumica foram organizadas na figura 1

abaixo: ball and sticks a, sticks b, estrutural simples c, e esferas slidas d. Alm disso, muito comum no contexto escolar a utilizao de bolinhas e, at mesmo, dos smbolos dos elementos para representar as espcies, como vemos na figura 2.

Um dos problemas com a modelao qumica que a forma na qual os fenmenos so modelados - nos primeiros anos dos cursos, atravs de representaes pictricas - parecem manter uma relao muito mais estreita com os fenmenos cotidianos que a modelao em fsica, esta basicamente realizada atravs de expresses matemticas. Isso leva a uma reificao dos modelos, onde os tipos de representao pictrica utilizadas parecem solapar-se com "imagens" do fenmeno. Como mostra a literatura, um dos problemas que ocorre com o uso de modelos que no suficientemente enfatizado que os modelos so simulaes baseadas na realidade, no so o que eles representam (Justi & Gilbert, 2002). Estes so modelos analgicos que so usados para explicar conceitos abstratos. Algumas de suas propriedades so similares aos aspectos reais que procuram representar, por exemplo, o dimetro relativo das esferas representa os diferentes tomos, mas outros aspectos no refletem o modelo. Diferentes representaes focam sobre diferentes propriedades das partculas, criando mltiplas formas de representar a mesma molcula. Os professores, freqentemente, usam apenas um

Figura 1.- Representaes tradicionais.

Figura 2.- Representaes utilizadas pelos estudantes.

Revista Electrnica de Enseanza de las Ciencias Vol. 4 N 1 (2005) determinado tipo de representao pictrica, limitando a experincia dos estudantes com os modelos e, dessa forma, no contribuem para a percepo de que um modelo pode ser parcialmente ou completamente inadequado (Barnea & Dori, 2000).

Para aprender a aplicar um modelo em qumica vital ento aprender as diferentes representaes pictricas que podem ser usadas, aprender a aplic-las a diferentes situaes e saber que, para um mesmo conceito, existe mais de uma representao externa possvel (Wu, Krajcik, Soloway, 2001).

Obviamente isto no simples. Pois no s os estudantes devem aprender a lidar com os invariantes nas situaes para aprender os conceitos (Greca e Moreira, 2002), seno que tambm devem aprender a conviver e a detectar mltiplas representaes para um mesmo fenmeno. Por isso a aprendizagem de um modelo implica aprender, alm dos conceitos, as diferentes representaes pictricas do mesmo, as regras dessas representaes, como essas regras representam as relaes entre os conceitos, etc. Este, de fato, no um processo simples. Como j relatado, os alunos tm srias dificuldades com as representaes, mesmo aqueles que demonstram compreender os conceitos subjacentes (Kosma et al., 1996).

No entanto, a representao de vrios aspectos da atividade molecular bastante dispersa no currculo escolar, alm do problema antes indicado da utilizao de uma nica representao pictrica preferencialmente por parte dos professores. Os estudantes precisam de mais experincias com os modelos, como ferramentas intelectuais que permitem contrates de vises conceituais do fenmeno e mais discusso do papel dos modelos na investigao cientfica.

Os processos cognitivos especficos de modelao qumica e as relaes entre aprendizagem conceitual e representaes pictricas tem sido pouco estudados. Em geral, os trabalhos focam sobre um ou outro aspecto, sendo abordados independentemente um do outro (Wu, Krajcik, Soloway, 2001; Sanger & Badger II, 2001; Varnek et.al, 2000). Como indicado, na anlise dos resultados da utilizao do software tentamos abordar estes aspectos de forma conjunta.

Descrio do DICEWIN

Neste trabalho utilizamos um software de simulao Monte Carlo, desenvolvido dentro do grupo de pesquisa de Fsica Atmica e Molecular do Instituto de Fsica da Universidade de So Paulo. Este software reproduz com grande fidelidade a estrutura microscpica de slidos, lquidos e gases, com uma substncia ou uma mistura delas. O DICE (Coutinho e Canuto, 1994) foi adaptado para ser utilizado em sala de aula por nossa equipe (Serrano et al., 2004).

Embasados nos resultados da literatura que indicam que o uso de simulaes computacionais produz aprendizagem conceitual e apropriao representacional (simblica e microscpica) por parte do estudante, nosso

Revista Electrnica de Enseanza de las Ciencias Vol. 4 N 1 (2005) objetivo com a utilizao do software foi permitir a articulao de conceitos e representaes a partir do uso de diferentes tipos de representaes pictricas. Com isto, propiciar condies de capacitar os estudantes a aplicar conceitos e representaes a novas situaes.

A criao de uma ferramenta computacional para produzir simulaes no uma tarefa simples, nem econmica; por isso optamos pela adaptao de um de software utilizado em pesquisa cientfica. A utilizao software cientfico, adaptado segundo princpios de design de software educativos, como a simplificao da interface utilizada pelo estudante, uma possibilidade ainda pouco explorada. Vislumbramos diversos benefcios na adaptao deste software de simulao, como o custo substancialmente menor da utilizao de experimentos virtuais. Este software gratuito, reproduz fielmente as mais atuais teorias sobre o campo cientfico e, alm disso, possui um contedo extremamente sofisticado e que, com adaptaes e exemplos simples, pode ser utilizado com sucesso nas salas de aula de qumica.

Na tela inicial do programa, existem diversos comandos como ler/escrever arquivos e de configurao das rotinas. O usurio pode controlar diversos parmetros como o nmero de espcies (molculas, tomos ou ons) existentes na simulao, a temperatura, a presso e a densidade do sistema (Figura 3).

Figura 3.- Janela inicial do programa DICEWIN.


Durante a simulao possvel observar o que acontece com o sistema quando aquecido ou resfriado (variando a temperatura), quando sofre um aumento ou diminuio da densidade, e tambm quando se aumenta ou diminui a presso ambiente. De fato, o programa se comporta como um laboratrio virtual onde o estudante pode alterar os parmetros e observar a resposta do sistema. Tambm possvel observar um filme, ou animao do comportamento das molculas durante a simulao. Para isto foi desenvolvido um software chamado Vismol (Coutinho e Inoue, 1999) (Figura 4).

O usurio pode utilizar uma verso bsica e outra avanada, e pode pedir ao programa para mostrar a simulao numrica, onde possvel observar o valor da energia do sistema fsico-qumico variando, tal qual um sistema real iria variar. O estudante tambm pode observar os valores numricos correspondentes ao grfico.

Figura 4. Janela com a visualizao da simulao.

Descrio da metodologia e do contexto da pesquisa

Este estudo qualitativo foi realizado com uma turma de Qumica Geral I, que reunia alunos dos cursos de Farmcia, Licenciatura e Bacharelado em Qumica, da Universidade Luterana do Brasil, durante o primeiro semestre letivo de 2002.

A turma era constituda inicialmente por 41 alunos (mdia etria 24 anos) que responderam a um questionrio para a caracterizao dos estudantes envolvidos nas atividades da disciplina. O objetivo desse questionrio foi estabelecer o perfil da turma, de maneira a permitir uma melhor organizao do curso e fornecer os indicativos para a implementao e utilizao do software de simulao.


Esse questionrio revelou a diversidade da formao no Ensino Mdio dos estudantes matriculados na disciplina; informou sobre sua atuao profissional (71% deles atuam profissionalmente e 59% atuam em atividades ligadas qumica - empresas ou ensino) e, indicou que em mdia 89% dos estudantes utilizam computadores e 45% deles fazem isso diariamente. O uso da Internet foi apontado por aproximadamente 70% dos informantes. Isso facilitou o trabalho j que os estudantes no necessitaram de muito tempo para se familiarizar com o software, dado que estavam bastante habituados s ferramentas eletrnicas.

As atividades com o software foram realizadas a partir da segunda metade do semestre e foram planejadas para acontecerem em duas sesses de utilizao, de 4 horas-aula cada uma. A turma foi dividida em dois grupos. Ambos os grupos tiveram aulas tericas sobre Interaes Intermoleculares (foras on-dipolo, foras dipolo-dipolo, foras de London e Ligaes de Hidrognio), tpico sobre o qual foram organizadas as atividades com o software, tendo como livro-texto de referncia o Atkins e Jones (2001). Os grupos se diferenciaram somente no momento em que estas ocorreram. Um dos grupos teve aula terica antes da utilizao do software; e o outro aps as sesses de utilizao. A atividade com o software ocorreu em sala apropriada, no Laboratrio de Informtica -LABIN- da ULBRA e contou com a assistncia de uma bolsista de Iniciao Cientfica, um tcnico em informtica e um professor, treinados na utilizao do software.

Na investigao das representaes e modelos qumicos utilizados pelos estudantes foi realizado um pr-teste, antes de ministrar estes tpicos em aula. Na primeira parte do pr-teste foram sugeridas trs situaes (uma lmpada de argnio, gua a 25oC dentro de um copo e um cristal de sal -NaCl dissolvido em gua) que os alunos deveriam representar por modelos do comportamento cintico-molecular das espcies envolvidas. Estas situaes so situaes cotidianas simples, que podem ser abordadas com os conceitos desenvolvidos em aula. Na segunda parte do pr-teste foram propostas duas situaes (cloreto de potssio dissolvido em gua e argnio dissolvido em gua) e para cada situao foram propostos diferentes arranjos representacionais para a estrutura de interao entre as espcies envolvidas. Os estudantes deveriam indicar a representao pictrica que melhor descrevesse o comportamento das espcies envolvidas em cada sistema e deveriam explicar sua escolha.

No ps-teste, realizados logo aps as sesses de utilizao do software, foram utilizadas as mesmas questes, com pequenas adaptaes, e foram ainda propostas trs questes envolvendo situaes cotidianas dinmicas, no trabalhadas nas atividades anteriores, as quais os estudantes deveriam representar transferindo os conceitos e representaes utilizadas e supostamente aprendidas nas simulaes (ver Anexo 1). Como j indicado, os dados coletados com o ps-teste pretendiam a avaliao da eficcia da ferramenta de simulao a partir da anlise da apreenso conceitual e representacional que o estudante obteve com o uso da ferramenta.


Antes da utilizao do software, os estudantes foram familiarizados com o programa por meio da execuo de alguns exemplares propostos no Manual do Usurio. Aps um rpido treino e tendo se familiarizado com a ferramenta, os estudantes realizaram as simulaes contidas em um Guia para Utilizao do Simulador DICEWIN. As atividades propostas esto organizadas segundo o modelo Predizer - Observar - Explicar (POE) (White & Gunstone, 1992; Tao & Gunstone, 1999). As tarefas envolvem predizer o comportamento de um sistema com determinados parmetros e as conseqncias de mudanas na temperatura. A seguir os estudantes devem executar a simulao com os parmetros propostos e, aps a realizao da simulao, devem comparar os resultados obtidos com aqueles esperados, procurando mostrar congruncias e discrepncias entre ambos. Ao final devem comentar sobre as diferenas e semelhanas entre as simulaes efetuadas, assim como descrever quais as foras intermoleculares intervm no comportamento observado e se foi possvel visualizar na simulao a ao dessas foras, teoricamente intervenientes. Alm disso, os estudantes devem aplicar os conhecimentos a novas situaes propostas.

O primeiro sistema proposto o do Argnio, constitudo por cinqenta tomos de argnio, que o estudante executando as simulaes Ar1, Ar2, Ar3 dever submeter a diferentes temperaturas 298,25K, 0,0K, 398,25K, respectivamente; e uma quarta simulao, Ar4, cuja temperatura deve ser definida pelo prprio aluno, normalmente acima de 500K.

O segundo sistema executado pelos estudantes o sistema gua (Aqua01, Aqua02, etc.), tambm executado a diferentes temperaturas e segundo as mesmas instrues do sistema Argnio. Estes procedimentos so utilizados tambm para a execuo das simulaes do comportamento do on sdio em presena de molculas de gua ( sugerido ao estudante simular um on em meio a 20 molculas de gua) e do on de cloreto em meio s molculas de gua.

Os estudantes trabalham colaborativamente em grupos pequenos, duplas ou trios, de forma a favorecer o engajamento em um dilogo produtivo com seus pares. Um importante elemento da construo de conhecimento em pequenos grupos parece ser a elaborao de perguntas que servem para explicitar e articular o que o grupo no sabe; clarificar e articular as questes; discutir, interpretar e construir idias (Hogan, Nastasi & Pressley, 2000).

Os dados utilizados nas anlises realizadas neste artigo contam ainda com as gravaes em vdeo realizadas durante as sesses de utilizao. Esse material permite que tenhamos acesso a elementos no registrados no pr e ps-testes e nos guias de utilizao, que foram recolhidos ao final da atividade.

Resultados: os conceitos e as representaes nos pr e ps-testes e discusso das mudanas com exemplos e categorias

A partir da anlise das respostas fornecidas pelos estudantes s diferentes tarefas do pr e ps-testes elaboramos uma categorizao que procura refletir dois aspectos fundamentais que estamos tratando neste trabalho: os conceitos

Revista Electrnica de Enseanza de las Ciencias Vol. 4 N 1 (2005) envolvidos nas situaes propostas e as representaes pictricas elaboradas pelos estudantes para as mesmas. Esta categorizao foi construda a partir das respostas globais, analisando tanto os modelos gerados pelos estudantes quanto o tipo de representao pictrica escolhida e as explicaes dadas para sua escolha. Este procedimento foi feito em duas oportunidades distintas, para observar em que medida as categorias propostas eram estveis para os prprios pesquisadores.

Da anlise do material dos alunos, podemos observar que algumas dificuldades no estabelecimento de modelos decorriam da ausncia dos conceitos necessrios para interpret-los. Ou seja, alguns estudantes no somente apresentavam dificuldade para expressar mediante uma representao externa um determinado modelo seno que, s vezes, o que faltava eram os conceitos necessrios para compreender o fenmeno sob o ponto de vista qumico. Por isso, a classificao proposta est dividida em duas grandes categorias, a partir da diferena que consideramos fundamental, se o aluno tem ou no os conceitos necessrios para compreender os fenmenos. No entanto, compreender os conceitos qumicos no , como j discutimos anteriormente, condio necessria e suficiente para modelar fenmenos a nvel microscpico. No conhecimento qumico dominar um conceito implica saber aplic-lo e represent-lo em diversas situaes: na Qumica da mo da compreenso conceitual deveria vir a compreenso representacional, o que parece no acontecer normalmente (Kosma & Russell, 1997). Por isso, cada uma dessas categorias foi subdivida em subcategorias que tentam relacionar estes aspectos com o problema da representao, partindo ento da idia que antes de poder representar os alunos devem possuir os conceitos necessrios.

Categorias:

a) Existncia de Conceitos. Os estudantes nesta categoria demonstram utilizar os conceitos necessrios para a elaborao de representaes apropriadas s situaes apresentadas. Estes so os conceitos de dissociao inica, interao entre os ons e as molculas em soluo; interao entre espcies em soluo (polares, apolares, homonucleares, polinucleares) e hidratao ou solvatao dos ons.

a.1 Domnio dos conceitos e da representao pictrica embora com elementos de representao macroscpica. As representaes includas nessa subcategoria envolvem a utilizao correta dos conceitos e da representao, entretanto os estudantes utilizam ainda uma representao mista (micro e macroscpica), incluindo o recipiente que contm o sistema. Um bom exemplo dessa categoria a representao proposta por Moni2 (Figura 5) para as situaes da primeira parte do ps-teste.

a.2 Domnio dos conceitos e dificuldades na produo de representao pictrica. Os estudantes mostram domnio dos conceitos necessrios

2 Os nomes verdadeiros dos estudantes envolvidos nas situaes sero preservados, neste texto utilizamos pseudnimos para designar os participantes da pesquisa.


nas atividades em que a representao fornecida, conseguindo aplicar corretamente os conceitos para a explicao das situaes. Porm, nas atividades de modelaao no conseguem representar as situaes adequadamente. Como exemplo dessa categoria podemos citar Fabi, que apesar de assinalar e explicar adequadamente as questes de mltipla escolha e utilizar os conceitos nas representaes das situaes 1, 2 e 3, para a primeira situao cotidiana fornece uma representao pictrica inadequada, apesar de reconhecer a fora que age no sistema (Figura 6).

Figura 5.- Representao de Moni.

Figura 6.- Representao de Fabi para a situao cotidiana 1.


a.3 Existncia incipiente dos conceitos com utilizao da idia de simetria. Nas atividades de modelao os estudantes no conseguem representar adequadamente. Nas atividades que envolvem a seleo de uma representao pictrica, embora a escolha seja correta e, aparentemente, os estudantes dominem os conceitos envolvidos, no elaboram uma justificativa coerente e justificam em termos da organizao e simetria do sistema representado. Os estudantes dizem a soluo de molculas est mais espalhadas (Ana ps-teste), esto bem distribudas e em relao s foras intermoleculares (Ane ps-teste). Esta subcategoria se diferencia da subcategoria B4, analisada a seguir, porque apesar de em ambas os estudantes justificarem em termos de organizao e simetria do sistema representado, em A3 os estudantes fazem a escolha correta (escolha que no seria possvel apenas aplicando a idia de simetria), porm utilizam a idia de simetria como uma sada j que no conseguem explicitar sua escolha.

b) No existncia de Conceitos. Nesta categoria encontram-se os

estudantes que parecem no dominar todos os conceitos necessrios para a anlise das situaes propostas.

b.1 Domnio de alguns conceitos e representao pictrica parcial. Os estudantes aparentam possuir alguns conceitos necessrios para solucionar as tarefas propostas, porm parecem faltar os conceitos de hidratao dos ons e de dipolo eltrico da gua. Estes estudantes mostram alguma habilidade para representar microscopicamente alguns dos fenmenos. Isto o que acontece com Andria que prope a representao da Figura 7 para o sistema Um cristal de sal (NaCl) dissolvido na gua.

Figura 7 Representao de Andria no ps-teste

b.2 Ausncia de alguns conceitos necessrios para compreender a solubilidade (ou de interao entre on-dipolo, ou de hidratao) e dificuldades com as representaes pictricas. Os alunos desta subcategoria alm de no possuir todos os conceitos antes enunciados tm dificuldades


na representao, utilizando, predominantemente, representaes macroscpicas.

b.3 Ausncia de conceito e de representaes apropriadas com utilizao de definies textuais. Estes estudantes, que no conseguem representar microscopicamente, ao tentar explicar algumas de suas respostas utilizam "definies", na forma de macetes, de maneira no apropriada, evidenciando no entender o que fazer com elas. Por exemplo, Cris justifica sua representao (inadequada) para o NaCl dissolvido na gua do ps-teste em termos de qual dos compostos tem maior carter inico. Ane justifica sua opo (incorreta) na Questo 2, do ps-teste: Eu escolhi a 3 porque as molculas de gua esto bem distribudas e em relao s foras intermoleculares depende do tipo de interao.

b.4 Ausncia de conceitos com a utilizao da idia de organizao e simetria do sistema. Como indicamos anteriormente, os estudantes desta categoria fazem as suas escolhas e as justificam desde idias da "simetria" que possuiriam determinadas representaes pictricas, sem utilizar nenhum dos conceitos qumicos apropriados. As representaes propostas por Kil e Ana, no pr teste para a situao 3 so exemplares desta categoria (Figuras 8 e 9).

Figura 8.- Representao de Kil no pr-teste.

Figura 9.- Representao de Ana.


b.5 Ausncia de conceitos e representao pictrica. Estes estudantes no utilizam representaes microscpicas e respondem de forma inadequada s questes propostas sem tentar sequer a utilizao de uma reposta prxima quela utilizada no discurso escolar.

IND. Algumas representaes no foram enquadradas em nenhuma das categorias e foram denominadas indefinidas.

Apresentamos a seguir a tabela 1 com a caracterizao de cada estudante por categorias no pr e no ps-testes, levando em considerao somente os estudantes completaram ambos os testes (N= 26).

Como se observa na Tabela 1, no pr-teste h um predomnio das categorias B (85%), mostrando que os estudantes no dominam os conceitos necessrios para tratar as situaes. Somente dois estudantes encontram-se na categoria A2. Assim, possvel observar que todos tm dificuldades para expressar mediante uma representao qumica as situaes colocadas. Nos ps-teste 42% dos estudantes conseguem passar para a categoria A e destes 4 conseguem dominar os conceitos e representar adequadamente.

Para analisar em que medida o uso das simulaes provocou algum tipo de avano na compreenso dos conceitos e nas representaes pictricas associadas aos fenmenos estudados, acrescentamos duas colunas na tabela onde aparecem os avanos e os elementos que permanecem, depois da instruo com o software. Os dados revelam que 42% dos alunos no apresentaram nenhum avano, 8% dos alunos que dominavam os conceitos passam a represent-los adequadamente, 11% dos alunos adquirem um domnio sobre os conceitos e sobre as representaes pictricas, 23% dos alunos obtiveram um avano no domnio conceitual, porm sem um avano paralelo na representao e que 15% tem um avano parcial nos conceitos e nas representaes pictricas.

Os resultados parecem indicar ento que o software possibilita certa melhoria na representao pictrica e na parte conceitual, sendo que os estudantes que tm algum domnio conceitual apresentam um avano mais acentuado que aqueles estudantes que no apresentavam no pr-teste nenhum domnio conceitual. Em relao aos grupos que utilizaram o software, com ou sem aulas tericas prvias, no se observaram diferenas nos resultados obtidos.

A seguir apresentamos alguns casos especficos, de maneira mais aprofundada, destacando especificamente o tipo de representao pictrica utilizada e as dificuldades conceituais. Estes casos correspondem a duplas que trabalharam conjuntamente durante a aula de utilizao. Os casos foram escolhidos levando em considerao se tiveram aulas tericas antes da implementao ou no, e o desempenho no pr e ps-testes.

a. Alunos que no tiveram aula terica antes da utilizao do software:

Caso 1a: Alunos Jse (B4-B4) e Jer (B3-A2/A3)


Aluno Pr-teste

Ps-teste

Avanos Permanncia

Ane B4 A3 Avano parcial na compreenso dos conceitos

Idia de simetria. Dificuldade de representao

Aline B4/B2 A1 Avano conceitual e representacional Lemos B2 A1 Avano conceitual e representacional Ana Paula

B3/B4 B1 Avano na compreenso de alguns conceitos e utilizao parcial de representaes

Ana B4 A3 Avano na compreenso de alguns conceitos e utilizao parcial de representaes

Idia de simetria Dificuldade de representao

Andria B3/B4 B1 Avano na compreenso de alguns conceitos e utilizao parcial de representaes

Ber B3 A1 Avano conceitual e representacional Cris B3 B3 No houve avano Dane A2 A1 Avano conceitual e representacional Db IND IND No houve avano Fabi B2/B4 A2 Avano conceitual Dificuldade de

representao Grey B3 B1 Avano parcial na compreenso de alguns

conceitos Problemas conceituais e na representao

Gust A3/B2 A2/A3 Avano conceitual Dificuldade de representao Idia de simetria

Jer B3 A2/A3 Avano na compreenso de alguns conceitos e utilizao parcial de representaes

A falta de domnio leva o aluno a recorrer idia de simetria

Jse B4/B5 B4 No houve avano Joice B4 B4 No houve avano Kar B4/B5 B4/B5 No houve avano Kl B4 B4 No houve avano Lair B4 B5 No houve avano Lu B4 A2 Avano conceitual com abandono da idia

de simetria Dificuldade na representao

Maiq A2 B2 No houve avano com aparente retrocesso

Mar IND B4 No houve avano Moni A3 A1 Avano conceitual e representacional Pauli B5/B4 B4 No houve avano Sost B5 B5 No houve avano Vivi B4/B3 B4 No houve avano

Tabela 1.- Ocorrncia das categorias nos pr e ps-testes.

Jer, no pr-teste, utiliza uma representao de bolinha e aparentemente possui um conceito fraco de separao inica. No ps-


teste continua utilizando a representao de bolinha, porm, com diferenciao entre molculas e tomos e da natureza das interaes entre ons e molculas. Parece aprimorar sua idia de separao inica, utilizando uma certa regra lgica para representar essas interaes. Entretanto, aplica a regra ao contrrio do cientificamente aceito.

Quanto s questes em que Jer deve modelar situaes cotidianas, para a situao 1 no representa e explica inadequadamente; parece no entender o problema proposto. Na situao 2 representa utilizando misturas de representaes pictricas e parece utilizar uma representao macroscpica para se orientar em relao representao mais prxima daquela aceita no discurso escolar. Isso fica evidenciado por ele usar lpis nas representaes e passar caneta a resposta que ele acredita ser correta do ponto de vista do professor (Figura 10).

Figura 10 Representao de Jer para a situao cotidiana 2.

Alm disso, Jer no consegue representar adequadamente o CO2 e no consegue representar as interaes entre o CO2 e a gua. Ele consegue prever as interaes para as dissolues inicas mas no para aquelas que envolvem molculas apolares (CO2).

Na situao 3, para a molcula de lcool etlico, ele reconhece e representa (misto parte estrutural e parte de bolinha) a polarizao da molcula. Entretanto, novamente aplica a mesma regra ao contrrio, mas sabe que existe uma regra de interao entre partculas.

A representao utilizada por Jer no pr-teste pobre: so bolinhas sem uma diferenciao entre tomos e molculas. Entretanto sua representao avana no ps-teste e o aluno passa a utilizar a mistura de representaes macro e microscpica esse comportamento coerente com o que ele entende como modelo. Modelo: o produto da aplicao prtica de uma ou mais teorias e leis a fim de tentar demonstrar em meios visuais o que no pode ser visto (Jer ps-teste).

Sua companheira de trabalho, Jse utilizava no pr-teste uma representao macroscpica sem representar as interaes entre as partculas e parecia no dominar nenhum dos conceitos fundamentais


(figura 11). No ps-teste utiliza uma representao mista (macroscpica, pontos, sticks e bolinhas) arbitrariamente, continuando com as mesmas dificuldades conceituais: problemas com a idia de ionizao e de polarizao. No caso das situaes com aplicaes cotidianas apropria-se de algumas representaes (representa a gua por sticks) mas no sabe como utilizar esta representao em outras molculas.

Figura 11. Representaes propostas por Jse no pr-teste.

Quanto s situaes cotidianas Jse parece utilizar o preceito de que o meio mais concentrado tem mais molculas de CO2. Possivelmente, por suas dificuldades conceituais apropria-se, mediante o uso das simulaes, somente de representaes pictricas, sem discernir claramente como utiliz-las.

As respostas propostas por este grupo no guia de utilizao revelam que estes conseguem observar a polarizao correta na visualizao da simulao, entretanto no transferem estes elementos quando devem representar fenmenos no diretamente observados. Em nenhuma das quatro situaes simuladas conseguem determinar as foras intermoleculares presentes nas solues. A partir da simulao os dois estudantes conseguem se apropriar de alguma representao, entretanto no se apropriam das idias de foras intermoleculares e natureza das interaes.

Caso 1b: Moni (A3-A1) Dane (A2-A1) No pr-teste Dane utiliza uma representao de bolinha sem

conceitos intrnsecos de tomo e molcula e dissociao inica, e no h representao da interao entre as partculas. Quando a representao pictrica fornecida ela consegue escolher e explicar corretamente, aparentando ento uma dificuldade no conceitual mas na representao.

No ps-teste utiliza uma representao mista - macro e microscpica -, com os conceitos de tomo e molcula (ver Figura 5). Representa corretamente as interaes entre as molculas da gua e entre a gua e os ons. Em relao s aplicaes cotidianas, Dane representa


corretamente a situao 1. Utiliza uma representao mista, representando as molculas e tambm o botijo de gs no canto de um quadro. Na situao 2, representa as molculas de CO2 distribudas em meio a bolinhas no identificadas entretanto no associa nenhuma fora de interao presente no sistema. Responde de forma semelhante para o caso 3. H um avano considervel nas representaes pictricas de Dane e na utilizao dos conceitos envolvidos. Quando se trata de representar situaes cotidianas capaz de utilizar corretamente as representaes das partculas e o conceito de soluo (espalhamento homogneo de um soluto em um solvente); entretanto apresenta dificuldades para a representao das foras intermoleculares presentes nos sistemas.

Moni no pr-teste no apresenta uma representao preferencial se gs tem duas bolinhas juntas e a gua representa pela formula estrutural. Quando a representao fornecida demonstra possuir uma idia de ionizao. No ps-teste utiliza uma representao mista, com os conceitos corretamente aplicados. Da mesma forma que Dane capaz de representar corretamente as situaes cotidianas utilizando uma representao mista para os trs casos.

b. Alunos que tiveram aula terica antes da utilizao do software:

Caso 2a: Ana (B4-A3) Ali (B4-A1) Ana, no pr-teste, parece no possuir os conceitos necessrios para

aplicar s situaes e representa com dificuldade; utiliza uma representao macroscpica, sendo que as molculas so representadas por pontos e no h representao da interao entre as partculas. No ps-teste utiliza uma representao mista, parece entender a idia de polarizao e utiliza a idia de interao entre os ons e as molculas de gua na situao 3. Em relao aplicao a situaes cotidianas no representa nenhuma das situaes e tenta dar uma explicao, no completamente apropriada, lanando mo das foras de interao. Avana na utilizao de novas representaes pictricas e na idia de ons e interaes entre a gua e os ons.

Ali, tambm com dificuldade de representao no pr-teste, utiliza representao macroscpica, sendo que as molculas so representadas como bolinhas e utiliza uma representao da interao entre as partculas apesar de incorreta. No ps-teste utiliza uma representao mista continua a representar macroscopicamente e com bolinhas. Utiliza corretamente as interaes dipolo-dipolo, ligao de hidrognio e on-dipolo e os conceitos de ons e molculas. Quanto s situaes cotidianas no representa nenhuma das situaes e tenta dar uma explicao, no completamente apropriada, lanando mo das foras de interao. Mostra ter adquirido bastante competncia na representao microscpica.


As alunas registram no guia de utilizao que no conseguiram perceber durante a visualizao da simulao a ao das foras intermoleculares pois nunca havamos observado um movimento das molculas dessa forma. Apesar do comentrio as alunas representam os movimentos de rotao e vibrao das partculas em suas representaes pictricas.

Caso 2b: Kar (B3-B4) Andria (B3-B1) No pr-teste Kar utiliza uma representao mista macroscpica e

com os smbolos dos elementos, aparentemente apresenta uma idia fraca sobre a formao de ons, mas sem representar as interaes entre as partculas. No ps-teste no avana muito em relao representao pictrica e tampouco em relao aos conceitos necessrios.

Quanto s aplicaes cotidianas no representa a situao 1 e tenta dar uma explicao, no completamente apropriada, lanando mo das foras de interao. Na outras duas situaes tenta representar com um modelo misto mas sem aplicao de nenhum conceito.

No pr-teste Andria representa com dificuldade e utiliza uma representao macroscpica onde as molculas so bolinhas, sem representar a interao entre as partculas. Pelas suas respostas parece sequer dominar o conceito fundamental de on. No ps-teste representa com bolinhas, mas sem muito avano sendo muito difcil observar que conceitos domina. Nas trs situaes cotidianas tenta fazer uma representao microscpica.

Discusso e concluses

A partir dos resultados apresentados pode-se observar que em termos gerais, a utilizao do software no produz ganhos conceituais e/ou representacionais em todos os alunos. Quatro horas de utilizao do software parecem no ser suficiente para os estudantes que tm pouca fundamentao terica. Entretanto, para aqueles alunos que tm algum domnio conceitual, as atividades de utilizao do software parecem ser bastante proveitosas e permitir-lhes consolidar seus conhecimentos tericos, assim como um maior repertrio de representaes pictricas. Em particular, os alunos com maior domnio conceitual mas com dificuldades para gerar representaes qumicas por si s parecem ser aqueles mais beneficiados pelo uso da simulao. Lembramos que no observamos diferenas nos dois grupos em que a turma foi dividida. De forma que, as aulas tericas no tiveram o efeito de apropriao conceitual desejada: os estudantes parecem utilizar as concepes que foram construdas durante o ensino mdio. Como vimos mais de 60% dos alunos tinham formao especfica como tcnicos em qumica, havendo no ensino mdio trabalhado, mesmo que superficialmente, com a maioria dos conceitos estudados neste tpico.


Aparentemente uma das dificuldades na categoria B que os estudantes parecem no conseguir trabalhar com vrios conceitos simultaneamente. Na qumica, como j indicado, pela complexidade dos fenmenos de que ela trata, a utilizao e a transferncias de vrios nveis de representao e dos conceitos intrnsecos a cada um deles um grande desafio para os alunos. Ao representar uma situao microscopicamente o estudante, que parte de um fenmeno macroscpico deve imaginar e representar no apenas os objetos desse fenmeno como as relaes, que no so prprios ou visveis no mundo macroscpico mas que somente tm validade em nvel micro.

Da decorre que nenhum dos estudantes consiga superar a utilizao de uma representao mista macro e micro. Nosso estudo revela a dificuldade de superao da representao macroscpica por parte dos estudantes, mesmo quando so capazes de representar o sistema qumico microscopicamente inserem-no em um recipiente ou utilizam algum elemento visvel como referncia na representao.

Outro aspecto que sobressai nos dados a grande dificuldade de alguns estudantes em superar a idia de simetria. Em parte essa idia parece ser fortalecida pelos materiais instrucionais que ao apresentar quadros estticos e simtricos sugerem que a organizao um elemento importante na representao de um sistema.

Em relao ao programa, preciso esclarecer que os estudantes tiveram algumas dificuldades com o programa, que, como indicamos, ainda estava em fase de construo. Esses problemas foram desde seu funcionamento e manuseio como dos equipamentos disponveis. Entretanto, tais problemas no inviabilizaram a realizao da atividade e tampouco comprometeram ou desvirtuaram os resultados apresentados neste estudo.

O que podemos observar que a maior dificuldade parece ser apreender o conjunto de informaes, relaes e representaes qumicas de forma a logo conseguir traduzir fenmenos, ou seja modelar, em termos dessas informaes, relaes e representaes. Isto encontra eco na proposta de Vergnaud, em relao a que o domnio do campo conceitual3 em uma determinada rea por parte do sujeito, ocorre ao longo de um largo perodo de tempo (muitas vezes vrios anos), atravs de experincia, maturidade e aprendizagem (1982, p. 40). Assim, novas propriedades deveriam ser estudadas ao longo de vrios anos, para que os alunos consigam ir dominando-as.

Isto refora nossa opo em tomar de maneira conjunta as representaes pictricas e os conceitos. E ainda reitera a necessidade de estruturar estratgias didticas mais apropriadas para superar essas dificuldades. Tais estratgias poderiam prever o exerccio de uma maior diversidade de representaes ao longo do curso de qumica e uma gama mais variada de aplicaes para cada conceito. O uso de software poderia ser uma ferramenta

3 Define-se campo conceitual como um conjunto informal e heterogneo de problemas, situaes, conceitos, relaes, estruturas, contedos e operaes de pensamento, conectados uns aos outros (Vergnaud, 1982)

Revista Electrnica de Enseanza de las Ciencias Vol. 4 N 1 (2005) vlida para estas estratgias. Ainda, necessrio ressaltar esta questo em relao pesquisa.

Parecem ser necessrias mais pesquisas que estudem em conjunto as representaes qumicas e os conceitos, alm da necessidade de elaborar um referencial conceitual prprio para compreender os processos de modelao em qumica. Todos os trabalhos publicados at agora na literatura usam uma definio muito ampla do que seja a tarefa de modelar em cincias; porm, como brevemente tentamos indicar neste trabalho, a modelao em qumica tem peculiaridades especficas, que no so semelhantes aquelas da modelao em fsica, por exemplo. Acreditamos que necessrio focar as especificidades da modelao em cada rea das cincias, porque suas peculiaridades possivelmente nos levem a ter que desenvolver estratgias instrucionais diferenciadas.

Referncias bibliogrficas

Atkins, P. e Jones, L.L. (2001) Princpios de Qumica: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman.

Barnea, N. e Dori, Y.J. (2000) Computerized Molecular Modeling - The New Technology for Enhancing Model Perception Among Chemistry Educators and Learners. Chemistry Education: Research and Practice in Europe, 1(1), 109-120.

Ben-Zvi, R., Eylon, B. & Silberstein, J. (1987) Students visualization of a chemical reaction. Education in Chemistry, 17-120.

Ben-Zvi, R., Silberstein, J. & Mamlok, R. (1990) Macro-micro relationships: a key to the world of chemistry. In P. L. Lijnse, P. Licht, W. De Vos, A. J. Waarlo (ed.) Relating macroscopic phenomena to microscopic particles: a central problem in secondary Science Education.(pp.183-197) CD- Press: Utrecht.

Coutinho, K. e Canuto, S. (1994) DICE:Software de Simulao computacional. Instituto de Fsica, Universidade de So Paulo.

Coutinho, K. e Inoue, J. (1999) VISMOL: Software de Visualizao de Molculas. Universidade de Mogi das Cruzes.

Eichler, M. e Del Pino, J.C. (2000) Computadores em Educao Qumica: Estrutura Atmica e Tabela Peridica. Qumica Nova, 23(6), 835-840.

Esquembre, F. (2002) Computers in Physics Education. Computer Physics Communications, 147(1-2), 13-18.

Gillespie, R.G. (1997) Commentary: Reforming the General Chemistry Textbook. Journal of Chemical Education. 74, 484.

Greca, I.M. e Moreira, M.A. (2002) Alm da deteco de modelos mentais dos estudantes uma proposta representacional integradora. Investigaes em Ensino de Cincias, 7(1). http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/revista.htm

Gutirrez Julin, M.S.; Gmez Crespo, M.A. y Pozo, J.I. (2002) Conocimiento cotidiano frente a conocimiento cientfico en la interpretacin de las

Revista Electrnica de Enseanza de las Ciencias Vol. 4 N 1 (2005) propiedades de la materia. Investigaes em Ensino de Cincias, 7(3). http://www.if.ufrgs.br/public/ensino/revista.htm

Haddy, A. (2001) Using a Molecular Modeling Program to Calculate Electron Paramagnetic Ressonance Hyperfine Couplings in Semiquinone Anion Radicals. Journal of Chemical Education, 78(9), 1206-1207.

Hogan, K. Nastasi, B.K. e Pressley, M. (2000) Discourse Patterns and Collaborative Scientific Reasoning in Peer and Teacher-Guided Discussions. Cognition and Instruction, 17(4), 379-432.

Huddle, P.A., White, M.D. e Rogers, F. (2000) Using a teaching Model to correct known misconceptions in Electrochemistry. Journal of Chemical Education, 77(1), 104-110.

Johnstone, A.H. (1992) Macro and Microchemistry. School Science Review. 64(227), 377-379.

Johnstone, A.H. (1993) The development of chemistry teaching. Journal of Chemical Education. 70(9), 701-705.

Jones, R.B. (2000) Life Before and After Computers in the General Chemistry Laboratory. Journal of Chemical Education, 77(8), 1085-1087.

Justi, R.S. e Gilbert, J.K. (2002) Modeling, teachers views on the nature of modelling, and implications for the education of modellers. International Journal of Science Education, 24(4), 369-387.

Lijnse, P.L., Licht, P.L. , Vos, W. De, Waarlo, A.J. (1990) Relating macroscopic phenomena to microscopic particles: a central problem in secondary science education. CD- Press: Utrecht.

Kantardjeff, K. ; Hardinger, S. e Van Willis, W. (1999) Introducing Chemical Computation Early in the Undergraduate Chemistry Curriculum. Journal of Chemical Education, 76(5), 694-697.

Kozma, R.B. e Russell, J. (1997)Multimedia and Understanding: Expert and Novice Responses to Different Representations of Chemical Phenomena. Journal of Research in Science Teaching, 34(9), 949-968.

Kozma, R.B., Russell, J., Jones, T., Marx, N. e Davis, J. (1996)The use of multiple, linked representations to facilitate science understanding. In R.G.S. Vosniadou, E. De Corte e H. Mandel (eds), International perspective on psychological foundations of technology-based learning environments. (pp. 41-60) Hillsdale, NJ: Erlbaum.

Pozo, R.M. (2001) Prospective teachers ideas about the relationships between concepts describing the composition of matter. International Journal of Science Education, 23(4), 353-371.

Ribeiro, A.A. e Greca, I.M. (2003) Simulaes Computacionais e Ferramentas de Modelagem em Educao Qumica: Uma Reviso de Literatura Publicada. Qumica Nova, 26(4), 542-549.


Sanger, M.J. (2000) Using Particulate Drawings to Determine and Improve Students' Conceptions of Pure Substances and Mixtures. Journal of Chemical Education, 77(6), 762-766.

Sanger, M.J. e Badger II, S.M. (2001) Using Computer-Based Visualization Strategies to Improve Students Understanding of Molecular Polarity and Miscibility. Journal of Chemical Education, 78(10), 1412-1426.

Serrano, A., Santos, F.M.T. e Greca, I.M. (2004) Teaching Ionic Solvation Structure with a Monte Carlo Liquid Simulation Program. Journal of Chemical Education, 81(9), 1322-1329.

Tao, P-K e Gunstone, R.F. (1999) The Process of Conceptual Change in Force and Motion during Computer-Supported Physics Instruction. Journal of Research in Science Teaching, 36(7), 859-882.

Tsaparlis, G. e Georgiadou, A. (1993) A three-cycle method of teaching beginning high school chemistry students, based on the macro, the representational and the sub-micro levels of chemistry. In A. Bargellini, P. Todesco, (eds.) Proceedings of the 2nd European Conference on Research in Chemical Education. (pp. 357-362). University of Pisa: Pisa.

Varnek, A.A., Dietrich, B., Wipff, G. e Lehn, J.-M. (2000) Supramolecular Chemistry: computer-assisted instruction in undergraduate and graduate chemistry courses. Journal of Chemical Education. 77(2), 222-226.

Vergnaud, G.A (1982) Classification of cognitive tasks and operations of thought involved in addition and subtraction problems. In T. Carpenter, J. Moser e T. Romberg (Eds.). Addition and subtraction. A cognitive perspective. (pp. 39-59). Hillsdale, N.J.: Lawrence Erlbaum.

Vieira, S.L. (1997) Contribuies e Limitaes da Informtica para a Educao Qumica. Dissertao. Universidade Estadual de Campinas e Universidade Estadual do Centro-Oeste do Paran.

White, B.Y e Gunstone, R.F. (1992) Probing Understanding. London: Falmer.

Wu, Ksin-Kai, Krajcik, J.S. e Soloway, E. (2001) Promoting Understanding of Chemical Representations: Students use of a visualization tool in the classroom. Journal of Research in Science Teaching. 38(7), 821-840.


Anexo 1

Instrumento de Coleta de Dados - Projeto de Pesquisa: Uso de Simulaes para o Ensino de Cincias em Nvel Mdio e Universitrio I- O QUE VOC ENTENDE POR MODELO? EXEMPLIFIQUE.

QUAL A RELAO ENTRE MODELO E REALIDADE?

II- SO SUGERIDAS ABAIXO ALGUMAS SITUAES. REPRESENTE CADA UMA DELAS POR MODELOS DO COMPORTAMENTO CINTICO-MOLECULAR DAS ESPCIES ENVOLVIDAS.

1 situao: Gs hlio (He) dentro de um balo.

2 situao: gua a 25C dentro de um recipiente

3 situao: Um cristal de sal (NaCl) dissolvido em gua.

III- NAS QUESTES QUE SEGUEM VOC DEVE ASSINALAR O MELHOR MODELO PARA CADA SITUAO E JUSTIFICAR SUA RESPOSTA.

Questo 1 - Dadas as representaes abaixo indique aquela que melhor representa o comportamento do sal dissolvido em gua. Explique sua escolha e comente sobre as foras intermoleculares presentes.

a)

b)

c)

d)

e)

Legenda:

H Molcula de gua

H O

Ction

nion


Questo 2 - Dadas as representaes abaixo indique aquela que melhor representa o comportamento do argnio dissolvido em gua. Explique sua escolha e comente sobre as foras intermoleculares presentes.

a)

b)

c)

d)

e)

Legenda:

Molcula de gua

+ -

tomo de argnio a regio mais escura corresponde a uma concentrao de eltrons do dipolo induzido.

IV- NAS QUESTES QUE SEGUEM VOC VAI APLICAR OS CONHECIMENTOS ADQUIRIDOS A SITUAES COTIDIANAS.

1- Supondo que um botijo de gs deixe vazar o gs em uma sala fechada. Como voc representaria o espalhamento do gs pela sala? Represente essa situao com palavras e/ou desenho e/ou grfico. Escolha a representao que considere mais apropriada e que melhor expressa sua idia em relao ao fenmeno.

Supondo que o ar da sala esteja isento de impurezas e seja constitudo por gs nitrognio (N2 - 72%) e gs oxignio (O2-21%), quais as interaes intermoleculares presentes?

2- Sabemos que o gs contido nos refrigerantes o gs carbnico (CO2) e que esse gs se desprende facilmente do lquido porque pouco solvel em meio aquoso. Faa um modelo que represente o comportamento cintico-molecular do CO2 dissolvido na soluo de refrigerante. Represente essa situao com palavras e/ou desenho e/ou grfico. Escolha a representao que considere mais apropriada e que melhor expressa sua idia em relao ao fenmeno.

3- Sabemos que a solubilidade de dois lquidos tambm um fenmeno relacionado natureza das interaes entre as diferentes espcies presentes (ons ou molculas). Represente o comportamento cintico-molecular das espcies presentes em uma soluo de gua e lcool etlico (C2H5OH). Represente essa situao com palavras e/ou desenho e/ou grfico. Escolha a representao que considere mais apropriada e que melhor expressa sua idia em relao ao fenmeno.

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Promovendo aprendizagem de conceitos e de representações pictóricas em Química com uma ferramenta de simulação computacional