Didáctica de la química

 

Uma proposta de material didático complementar para o ensino de conceitos em química analítica qualitativa

 

A proposal for complementary didactic material for teaching concepts in qualitative analytical chemistry

 

Josivânia Marisa Dantas,* Márcia Gorette Lima da Silva e Pedro Faria dos Santos Filho**

 

* Pós-Graduação em Ensino de Ciências Naturais e Matemática - UFRN. Campus Universitário - Lagoa Nova - 59072-970 - Natal/RN. Correo electrónico: josivaniamd@yahoo.com.br

** Instituto de Química - UNICAMP - CP 6154 - 13083-970 -Campinas SP.

 

Recibido: 15 de enero de 2007.
Aceptado: 12 de septiembre de 2007.

 

Abstract

There are few didactic materials for many Chemistry courses at the undergraduate level. Texts on Qualitative Analytical Chemistry for Chemistry majors, for example, only describe experimental procedures (identification and separation of ions) without discussing the relevant chemical concepts or the relations between those concepts and laboratory procedures. In this article we describe didactic materials that emphasize the fundamental concepts involved in each stage of systematic cation analysis. The material was tested in the classroom and the data was colleted by means of questionnaires and in-class participation and observation.

Keywords: Didactic material, qualitative analytical chemistry, cations separation.

 

Introdução

Estudos relacionados ao ensino de conceitos químicos nos níveis médio e superior têm sido relatados pela comunidade brasileira dos educadores em Química. Entre eles, autores advogam que para se obter um entendimento conceitual satisfatório sobre o conceito químico deve-se considerar a relevância do contexto histórico em que este está inserido (Fiorucci, 2001). Outros apresentam a simulação computacional como uma ferramenta para promover a aprendizagem de conceitos químicos (Santos, 2005). Há ainda autores que investigam o papel do ensino de conceitos básicos ou prévios para o entendimento de diversos fatos da química (Mendonça, 2004). Entre as dificuldades apontadas com relação à aprendizagem dos conceitos químicos destacam-se aquelas intrínsecas a própria disciplina, ao pensamento e os processos cognitivos dos estudantes e ao processo de instrução (ensino) proporcionado (Caamaño, 2007). Uma das discussões sobre esta questão reincide o fato dos conceitos não serem tratados adequadamente em livros didáticos de química (Araújo, 1995). Isto deve ser considerado, uma vez que, o livro didático pode ser visto tanto como ferramenta ao processo de ensino do professor como também o de aprendizagem do estudante (Lopes, 1992). Observa-se, por meio de livros didáticos e/ou falas de professores e alunos evidências de que os termos científicos têm seu conteúdo ou sua estrutura sintática modificados (Mortimer, 1998) — seja por supressão, generalização ou reconstrução — e tais modificações podem provocar confusões conceituais ou problemas de aprendizagem expressas como erros conceituais (Nuñez, 2004; Giordan; De Vecchi, 1996).

A discussão de conceitos básicos por meio de atividades que procuram explicitar as concepções dos estudantes e, auxiliar na construção dos conceitos científicos parece fundamental para evitar que estes aprendam conceitos mais avançados a partir de uma base frágil na qual os conceitos científicos ficam amalgamados com concepções cotidianas (Mortimer, 1998). Esta discussão não se restringe à educação básica, mas também no ensino superior em que os materiais didáticos podem contribuir com as concepções errôneas dos estudantes. No ensino superior, muitos destes são organizados em conteúdos específicos para as disciplinas de Química e áreas afins. No caso da Química Analítica Qualitativa (QAQ), a maioria dos materiais utilizados descreve procedimentos experimentais. Nem sempre trazem uma discussão aprofundada dos conceitos envolvidos nos experimentos realizados, por vezes, são roteiros fechados de enfoque indutivista. Muitas atividades nestes manuais têm o papel de demonstrar/ilustrar um conceito, o que, muitas vezes, leva o estudante a não relacionar o conceito químico com a observação do experimento (Campanario, 1999). É importante planejar experimentos que favoreçam a explicitação dos conhecimentos de quem observa (Gonçalves; Galliazi, 2004).

A relevância da dimensão empírica para a apropriação de conceitos corrobora com a idéia de problematizar o modo de desenvolver experimentos para favorecer efetivamente a aprendizagem de conceitos (Gonçalves; Marques, 2006). Encontramos trabalhos como de Ausubel (1989) que propõe uma distinção entre a aprendizagem memorística e a aprendizagem significativa. Esse autor argumenta que nem toda aprendizagem por meio da experimentação é memorística ou significativa e vice-versa. Apresenta também vários pontos que contribuem com uma fundamentação que questiona a visão reducionista a este modelo de ensino, pois não há garantias que os conceitos a serem descobertos nas atividades experimentais serão mais significativos para o estudante do que de outro baseado na transmissão-recepção. O ensino nesta perspectiva minimiza significativamente a importância das teorias, leis e princípios científicos na condução da atividade experimental, considerando que os alunos irão adquirir novos conceitos através de experimentos sem o devido suporte teórico. Discussões sinalizam a relação estreita da teoria e a prática, destacando que no processo investigativo podem estar apoiados em hipóteses de cunho teórico ou empírico, articuladas a partir de esquemas conceituais existentes. Faremos uma discussão sobre conceitos químicos envolvidos na identificação e separação sistemática de íons, realizada nas aulas práticas de QAQ no ensino superior. Este estudo faz parte de uma pesquisa de doutorado que tem como cerne a discussão de conceitos químicos nos grupos analíticos estudados da análise qualitativa de íons. A opção por este foco justifica-se por entendermos que a discussão de conceitos envolvidos nas etapas de separação e identificação de íons (marcha analítica) pode promover uma aprendizagem mais significativa para alunos que cursam QAQ. Acompanharam-se aulas teóricas e práticas de QAQ em um semestre no curso superior de Química de uma universidade brasileira.

Na 1^a etapa do percurso metodológico elaborou-se um roteiro para análise de livros didáticos utilizados em QAQ no ensino superior como aproximação ao objeto de estudo. Objetivava identificar a necessidade de um material extra para a disciplina QAQ. Na 2^a etapa elaborou-se um texto de apoio às marchas analíticas. Posteriormente, este foi aplicado e avaliado pelos alunos por meio de um questionário com perguntas abertas e fechadas.

 

A disciplina Química Analítica Qualitativa e os livros didáticos

A disciplina QAQ tem sido alvo de pesquisas recentes na área de ensino de química. Autores enfatizam opiniões sobre a relevância desta disciplina no currículo obrigatório do curso de química nas universidades brasileiras (Abreu et al., 2006) discutindo novas propostas de ensino (Alvim; Andrade, 2006). A maioria dos livros didáticos disponíveis para QAQ apresenta uma estrutura similar com relação ao conteúdo. Procuramos analisar por meio de um roteiro a organização da apresentação de 13 livros didáticos (tabela 1). Pode-se observar que os livros iniciam com breve desenvolvimento histórico, contemplam a teoria e, em seguida, a marcha analítica da aula experimental (Baccan, 1995; Alexeev, 1982). Observa-se que os livros não associam aspectos teóricos com a atividade experimental. Outros apresentam aspectos teóricos seguidos de reações individuais de cátions e ânions e, por último, a análise sistemática com as marchas analíticas (Vogel, 1981; Gilreath, 1954; Layde, 1975; Sorum, 1977; Hogness, 1966; Slowinski, 1971). Fernandes (1982) descreve resumidamente as marchas analíticas e algumas características dos elementos constituintes de cada grupo. Apesar de citar alguns conceitos relacionados a determinados grupos de íons, autores como Swift (1962), Clifford (1964) e King (1959) mostram alguns conceitos relacionados à solubilidade de compostos, mas não os relaciona com a marcha analítica tal como ela é realizada nas aulas experimentais. Swift (1962) afirma que a discussão dos mesmos vai além dos objetivos do livro. Garret (1966) discute a natureza do processo de dissolução, mas separadamente sem fazer relação com o processo de separação e identificação de cátions.

A análise preliminar destes livros apontou para uma ausência da discussão dos conceitos químicos envolvidos na marcha analítica. Apesar de alguns apresentarem aspectos teóricos, poucos enfocam a teoria associada às reações observadas nas atividades propostas para os experimentos no laboratório. A partir da análise propôs-se a elaboração de um material de apoio (para os estudantes) que pudesse auxiliar o texto base relacionado às etapas de identificação de cátions procurando explicar e/ou fundamentar o método analítico, de tal forma que os conceitos iam sendo discutidos/apresentados/argumentados à medida que se estudava cada etapa de identificação do íon envolvido.

 

Precipitação de íons Ag⁺, Pb²⁺ e Hg₂²⁺ na presença de cloretos em meio aquoso

No material de apoio (em anexo) apresentavam-se os conceitos envolvidos nas etapas de separação e identificação dos íons Ag⁺, Hg₂²⁺ e Pb²⁺. Estes são separados dos demais ao adicionar solução concentrada de ácido clorídrico. Tal procedimento leva à formação de um precipitado contendo cloretos de prata, chumbo e mercúrio sendo, portanto, possível separá-los dos demais íons presentes na amostra. Este é, em síntese, o passo inicial da marcha analítica de separação destes cátions que constituem o grupo. Os íons são identificados por reações características formando precipitados que comprovam a existência do íon naquela amostra. É importante ressaltar que o esquema de separação é relativamente simples e adequado para ser realizado pelos alunos nas aulas experimentais. Contudo, algumas perguntas podem surgir como, por exemplo, por que os cloretos deste grupo são muito pouco solúveis, se a regra geral diz que todos os cloretos são solúveis? Pode-se dizer que os cloretos deste grupo são exceções? Para responder e discutir a precipitação destes três cloretos em meio aquoso, faz-se necessário recorrer ao modelo de atrações eletrostáticas para explicar o comportamento destes íons em solução.

No material de apoio discutia-se que tal comportamento é conseqüência do compromisso entre raio iônico e carga nuclear efetiva destes íons. A diferença de raio iônico associado à carga nuclear efetiva, calculada segundo as regras de Slater (Huheey, 1993; Duarte, 2003), e ao caráter parcialmente covalente destes três íons, resulta na baixa solubilidade dos cloretos de prata, chumbo e mercúrio em meio aquoso. As regras de Slater estimam as constantes de blindagem e, conseqüentemente, a carga nuclear efetiva dos átomos. Elas são úteis para correlacionar a carga nuclear efetiva com propriedades tais como raio atômico e eletronegatividade ao longo das linhas da tabela periódica (Duarte, 2003). Mostrando dessa forma, uma íntima relação entre teoria e prática.

No texto elaborado discute-se o conceito envolvido para cada reagente adicionado à amostra, assim como aqueles para explicar a separação e identificação dos íons que constituem este grupo tais como a solubilidade de compostos iônicos, a carga nuclear efetiva, o caráter parcialmente covalente em compostos iônicos, a carga e raio iônicos e o equilíbrio químico.

 

A aplicação do material na disciplina QAQ experimental

O material de apoio elaborado foi utilizado na disciplina de QAQ experimental com carga horária de 120h. A disciplina foi oferecida no 1° semestre e não havia pré-requisito para cursá-la. Na avaliação utilizou-se a observação e o questionário (7 perguntas abertas e 1 fechada). Apesar das limitações destes recursos (Laville; Dionne, 1999) sua utilização mostrou-se adequada para fornecer uma visão geral da linguagem utilizada, do entendimento sobre os conceitos e de uma referência que sinalize aspectos positivos ou negativos com relação aos livros didáticos analisados na 1a etapa (tabela 1). O questionário abordava os seguintes pontos: a linguagem do texto; a compreensão dos conceitos químicos; a forma de abordagem e a utilização/necessidade como material de apoio; a comparação com outros materiais em termos de favorecimento da compreensão do assunto e, por fim, sugestões/críticas ao texto. Este instrumento foi aplicado no 1° semestre de 2004, com participação de 28 alunos que já tinham realizado o experimento.

 

Análises preliminares

Com relação à clareza das idéias apresentadas no material elaborado, 68% dos alunos considerou que este apresentava uma linguagem clara e de fácil compreensão. Este dado foi observado durante as aulas, em que nas falas dos alunos, este fato era evidenciado. Sobre os conceitos químicos o que se pretendia era diagnosticar o reconhecimento ou não daqueles envolvidos na identificação dos íons da marcha analítica. Observou-se que 75% indicou não imaginar que haviam tantos conceitos químicos envolvidos naquele procedimento experimental. Isto pode ser um indício de que, a maioria dos alunos não relacionava a observação dos experimentos com conceitos químicos correspondentes (ou seja, não relaciona teoria com a prática). Outro ponto se refere à opinião do aluno antes e depois de ler o material elaborado, em que 53% afirma ter compreendido o conteúdo, mas que após a leitura do texto não tinham mais a mesma impressão. Isto pode significar o reconhecimento de informações adicionais àquelas já estudadas. Observou-se que 61% consideraram após a leitura, que o entendimento da identificação dos íons é muito mais difícil do que imaginavam inicialmente. Com relação ao tipo de abordagem comparada ao estudo dos outros grupos de cátions estudados em QAQ, 39% assinalou que seria interessante ter um texto como referência complementar para a disciplina experimental.

Ao comparar o material elaborado com outros disponíveis na biblioteca do campus, 93% afirmaram ter um diferencial em relação aos outros, seja porque relaciona a teoria com a prática do laboratório ou porque aborda os conceitos de forma diferente e/ou ainda porque enfatiza conceitos envolvidos na marcha analítica. Outro ponto destacado com relação a este aspecto é que 54% sinalizam que a leitura do material proposto auxiliaria no melhor entendimento/compreensão dos fenômenos e reações observadas na marcha analítica. Sobre críticas e sugestões sinalizaram que os negativos são a forma estética e gramatical. Estes aspectos são exemplificados nas falas dos alunos 14, 16 e 28, respectivamente:

"O material poderia ser mais objetivo".

"O texto é bom, mas podia evitar repetições de conceitos para torná-lo mais agradável".

"Acho que o material pode ser ilustrado, o que facilitaria mais a compreensão".

Com relação aos aspectos positivos os alunos 6, 19 e 25 sinalizam que:

"Esses conceitos são importantes porque sem eles, tem-se a impressão de que se está apenas seguindo uma série de experimentos e observações, sem se entender o porquê do ocorrido".

"O material apresentado é importante para o aluno de QAQ entender melhor o porquê das reações das "marchas analíticas". Na maioria das vezes, apesar de identificar qual íon reage com um determinado agente precipitante, os alunos não compreendem o que está por trás das reações, as características dos reagentes que fazem com que este ou aquele íon não precipite. Textos como este seriam extremamente úteis para os novos alunos da Química relacionarem experimentação com teoria".

"Acredito que o tipo de abordagem feita no material (enfatizando os conceitos e os porquês que levam a marcha analítica a ser realizada desta maneira) são essenciais para a compreensão teórica desse procedimento analítico. Quando estava cursando a disciplina, esse tipo de informação não se encontrava na literatura recomendada, de uma forma tão bem escrita e detalhada. O embasamento mostrado com ênfase nos aspectos teóricos "por trás"da marcha é altamente proveitoso, na minha opinião".

Tais argumentos foram considerados na a revisão do texto para aperfeiçoá-lo.

 

Considerações finais

O material complementar e/ou de apoio que foi elaborado não tem a pretensão de substituir os livros didáticos, manuais e textos, atualmente disponíveis na literatura para o estudo da disciplina QAQ no ensino superior. O propósito é de contribuir, como o próprio nome diz com um apoio, complementação. Assim, entendemos que este seja mais um entre tantos materiais que podem ser utilizados nesta disciplina de forma a contribuir com a aprendizagem dos alunos. A resposta positiva observada pela participação dos alunos nas aulas experimentais era sinalizada por meio do questionamento proposto por eles e nas discussões sobre a associação dos conceitos químicos na identificação dos íons (marcha analítica) realizada durante o experimento. A maioria assinalou que o material apresentou uma abordagem diferente dos demais disponíveis na literatura, tendo como sugestão para sua utilização como recurso de apoio complementar para a disciplina Química Analítica Qualitativa.

Agradecimento a CAPES pelo apoio financeiro.

 

Referências

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