Análise de uma sequência didática sobre ligações químicas produzida por estudantes de química brasileiros em Formação Inicial

Analysis of a Teaching/Learning Sequence on Chemical Bonding written by Brazilian Chemistry students on teachers' training

Luciana Passos Sá¹ e Andoni Garritz²

¹ Departamento de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade Estadual de Santa Cruz, Ilhéus - Bahia - Brasil. Desenvolveu durante 2013-2014 pós-doutorado na Universidad Nacional Autónoma de México, México. Correo electrónico: lucianapsa@gmail.com.

Fecha de recepción: 2 de enero de 2014.
Fecha de aceptación: 14 de marzo de 2014.

Resumo

Neste trabalho entendemos a Sequência Didática (SD) como instrumento de fortalecimento das relações entre a teoria veiculada nos cursos de formação de professores e as práticas por eles desenvolvidas. Nessa perspectiva, tivemos como objetivo analisar a natureza das estratégias didáticas propostas em uma SD sobre o tema Ligações Químicas, produzida e aplicada no Ensino Médio por futuros professores de Química, participantes de um programa brasileiro de formação docente, o PIBID (Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência). A proposta de elaboração da SD se mostrou uma ação importante na formação dos bolsistas, fruto da reflexão e do trabalho colaborativo entre os participantes. Além disso, o PIBID, por meio de ações que incentivam a criação, desenvolvimento e avaliação de metodologias de ensino, tem contribuído significativamente para a formação do professor reflexivo e consciente das necessidades, desafios e possibilidades da profissão docente.

Palavras-chave: ligações químicas, sequência didática, formação de professores, PIBID.

Abstract

Keywords: chemical bonding, teaching/learning sequence, teachers' training, PIBID.

Introdução

Sequência didática, sequência de ensino-aprendizagem, unidade didática, plano de aula, plano de ensino são termos frequentemente empregados na área educacional, com definições similares e algumas particularidades (Zabala, 1998; Cruz, 1976), dentre elas a que define Sequência Didática (SD) como instrumento de fortalecimento das relações entre a teoria veiculada nos cursos de formação de professores e as práticas desenvolvidas.

Certamente são contrastantes algumas das definições dadas para os termos supracitados. Com relação às unidades didáticas, por exemplo, Sánchez e Valcárcel (1993) nos apresentam cinco ações a elas relacionadas: análise científica, análise didática, objetivos, estratégias didáticas e avaliação. Anos mais tarde os autores reconhecem a produção de unidades didáticas como parte substancial do processo de formação docente (Sánchez e Valcárcel, 2000, p. 433) e a sua importância para o desenvolvimento de uma série de capacidades relacionadas ao ensino:

Sobre o conteúdo de ensino, os professores além de assumir o que está delimitado no livro passou a refletir sobre a problemática científica do mesmo, o que significa que a maioria diferencia e seleciona conteúdos de natureza conceitual, procedimental e atitudinal; num alto grau, incorporam e diferenciam conteúdos de identificação, interpretação e aplicação; também analisam e identificam o esquema conceitual que estabelece a unidade didática, elaborando mapas conceituais, e incluem procedimentos científicos como conteúdos próprios do ensino (tradução nossa).

Por outro lado, Méheut e Psillos (2004) apontam que o desenvolvimento das sequências de ensino-aprendizagem envolve a integração do conteúdo didático com conteúdos científicos, abarcando dimensões práticas, sociais e técnicas. Estão constituídas por atividades sequenciadas, com um conteúdo curricular definido por objetivos de ensino e um contexto didático inspirado na investigação educativa e na experiência docente, que em conjunto pretendem otimizar o processo de ensino-aprendizagem. Sobre este mesmo aspecto, um aluno mexicano alcançou a seguinte definição para uma sequência de ensino-aprendizagem: "um conjunto de atividades empiricamente sequenciadas e adaptadas, inspiradas na investigação educativa e enquadradas na demanda curricular, que tem como propósito oferecer ao docente do Bacharelado³ ferramentas didáticas multimodais, úteis para propiciar o desenvolvimento de habilidades de pensamento científico e a construção do conhecimento dos estudantes" (Martínez-Pérez, 2014).

A concepção de SD, adotada neste trabalho, vem sendo discutida no curso de Especialização em Ensino de Ciências REDEFOR (Rede São Paulo de Formação Docente) (Giordan et al., 2011). Segundo os autores (p. 3) "no âmbito internacional a SD vem sendo estudada no contexto da Didática Francesa, no Ensino de Matemática, e no contexto de Teaching-Learning-Sequences (TLS), principalmente no Ensino de Física".

Em outro artigo, publicado nesta Revista, relatamos acerca da participação de bolsistas de Iniciação à Docência na intervenção didática a qual este trabalho se relaciona (Sá e Garritz, 2014). No presente estudo buscamos especular sobre a natureza das estratégias didáticas propostas na SD produzida pelos bolsistas para o ensino-aprendizagem das Ligações Químicas, para alunos do Ensino Médio, e apresentar considerações acerca da viabilidade de tais propostas, à luz da literatura.

O ensino das ligações químicas

A compreensão acerca das Ligações Químicas é considerada essencial para o desenvolvimento do estudante em outras áreas da Química e das Ciências de modo geral, conforme expressa Linus Pauling (1992, p. 521), cientista preocupado com o desenvolvimento da teoria da ligação química: "o conceito de Ligação Química é o mais valioso conceito em Química. O seu desenvolvimento ao longo dos últimos 150 anos tem sido um dos maliores triunfos do intelecto humano. Eu duvido que haja um Químico no mundo que não o utilize em seu pensamento. Muito da Ciência e da Tecnologia moderna tem desenvolvido devido à existência deste conceito" (tradução nossa).

Na literatura encontramos diversas discussões acerca das concepções dos estudantes sobre a temática (Fernandes e Marcondes, 2006; Tan e Treagust, 1999; Awan e Khan, 2013) e de propostas de ensino que buscam favorecer o seu entendimento (Focetola et al., 2012; Carvalho e Justi, 2005; García Franco e Garritz, 2006). Dentre as concepções alternativas mais recorrentes entre os estudantes, relacionadas à temática, se destacam:

• Os modelos de Ligações Químicas são explicações alternativas, somente aplicáveis, cada um deles, a um tipo de substância. Os estudantes também atribuem como causa para as Ligações Químicas, princípios relacionados à regra do octeto, ou seja, compartilhar e acomodar elétrons, ter uma camada externa completa, ou explicitamente, ter oito elétrons, em alguns casos com facetas antropomórficas e animistas (García Franco e Garritz, 2006).

• Os compostos iónicos são imaginados como moléculas discretas e as ligações iónicas são vistas como unidirecionais e sujeitas às mesmas regras de comportamento que as ligações covalentes. As ligações covalentes são fracas uma vez que, em geral, apresentam baixos pontos de ebulição (Barker e Miller, 2000; Taber, 1994; 1997).

• Metais e não metais formam moléculas constituídas por íons de cargas opostas; átomos de um metal e um não metal compartilham elétrons para formar moléculas; metais e não metais formam ligações covalentes fortes; quando átomos de um elemento são ligados covalentemente formarão macromoléculas; a elevada viscosidade de um sólido molecular é devida à presença de camadas de átomos ligados covalentemente; existem forças intermoleculares fortes numa macromolécula; ligações covalentes são quebradas quando a substância muda de estado, dentre outras (Tan e Treagust, 1999; De Posada, 1993; 1997; 1999a; 1997b).

]]> • A Ligação Química é interpretada como se fosse uma mola. Na mente dos estudantes a ligação serve para manter os átomos unidos, liberando energia quando essa ligação é rompida (Hapklewicz, 1991 apud Fernandes e Marcondes, 2006; Galley, 2004).

Dentre as principais metodologias para o ensino das Ligações Químicas, verificadas na prática dos professores e nos livros didáticos, destaca-se o uso de analogias (Carvalho e Justi, 2005; Bernardino et al., 2013), de jogos didáticos (Focetola et al., 2012; Santos et al., 2010), das atividades experimentais com materiais de baixo custo (Pariz e Machado, 2011; Ortiz, 2013), dentre outras. Da mesma forma, Justi publicou nesta revista um artigo que, dividido em duas partes, se dedica à análise do ensino da ligação iónica, fundamentada na modelagem (Mendonça e Justi, 2009; Justi e Mendonça, 2009). Algumas destas metodologias foram propostas na SQ didática produzida pelos bolsistas do PIBID, cujo processo de elaboração e aplicação é descrito a seguir.

Construção das SD

A SD sobre Ligações Químicas foi elaborada por três estudantes de Química participantes do PIBID e pertencentes a diferentes períodos do curso de Licenciatura em Química de uma universidade pública situada na região Sul da Bahia, no Brasil. A atividade fez parte de uma série de ações propostas no âmbito do Programa e consistiu na elaboração e posterior aplicação da SD com estudantes do 2° ano do Ensino Médio de uma escola da rede estadual, situada nas proximidades da universidade. O desenvolvimento da SD na sala de aula ocorreu com a supervisão da professora regente, que no projeto atuou como supervisora dos bolsistas (Sá e Garritz, no prelo). Cabe ressaltar que os aspectos positivos e negativos, verificados na prática da aplicação da SD, foram posteriormente discutidos com o grupo de dez bolsistas. No entanto, o foco deste trabalho consiste na análise do material escrito produzido, ou seja, a SD didática propriamente dita.

Dentre outros aspectos, os bolsistas foram orientados a considerar na produção da SQ os conteúdos conceituais, procedimentais e atitudinais relacionados ao tema; o contexto em que a mesma seria aplicada (número de alunos, tamanho das salas, recursos, condições sócio-económicas etc.); e os objetivos explicitados nos documentos oficiais de educação.

Análise das SD

Nos tópicos a seguir discutimos as principais metodologias propostas na SQ e as formas de aplicação destas na sala de aula, de acordo com as ideias e justificativas do grupo.

A primeira atividade proposta consistiu na realização de uma aula expositiva introdutória, com o auxílio de recursos audiovisuais e diversas ilustrações extraídas de páginas de busca na Internet, como o Google. A proposta de aula inicia com a apresentação de uma imagem que reforça ideias antropomórficas e animistas acerca das ligações químicas (García Franco e Garritz, 2006). A imagem ilustrada na Figura 1 tem como objetivo responder ao questionamento "Por que os átomos se ligam?".

O emprego de analogias é fortemente evidenciado no ensino das Ligações Químicas (Bernardino et al. , 2013; Monteiro e Justi, 2000; Justi e Mozzer, 2013) e na SQ os bolsistas também recorrem a este tipo de explicação na tentativa de facilitar o entendimento dos estudantes. Analogias como a empregada pelo grupo é discutida por Bernardino et al. (2013) ao analisarem os diferentes tipos de analogias presentes em livros didáticos de química para o Ensino Médio. O exemplo ilustrado pelos autores (Figura 2) teve como objetivo associar o conteúdo à prática do rapel, em que as âncoras e amarrações são usadas para representar os tipos de ligações químicas (Paraná, 2007, p. 57).

De acordo com Bernardino et al. (2013) a representação feita pelos autores do livro didático provavelmente foi motivada pela intenção de familiarizar o aluno com as ligações que os átomos são capazes de fazer para formar substâncias. No entanto, a atribuição de características humanas tais como: olhos, bocas, sorrisos, mãos e pés, como mostram as Figuras 1 e 2, podem, ao invés de facilitar, causar prejuízos na aprendizagem dos estudantes.

Ilustrações como a apresentada na Figura 3 são também usadas na proposta de aula expositiva. Aparentemente, a intenção do grupo consiste em relacionar aspectos microscópicos com aspectos macroscópicos presentes no ensino das ligações químicas.

A Figura 3 ilustra as condições necessárias para que ocorra a dissociação iónica, por meio de um experimento que mostra que os íons em movimento, presentes numa solução aquosa de cloreto de sódio, conduzem corrente elétrica. Esse tipo de representação favorece a imaginação dos estudantes quanto ao movimento e a disposição das partículas nas diferentes situações apresentadas (água destilada, cloreto de sódio no estado sólido e em solução). As diferentes representações do conhecimento químico são discutidas por Wartha e Rezende (2011, p. 276). Segundo os autores:

"Imaginação é mais importante que conhecimento". Essas palavras de Albert Einstein ilustram muito bem nosso ponto de vista sobre a questão das representações no processo de ensino e aprendizagem em Química. Conhecimento só, não é suficiente em Química. O conhecimento de fórmulas, equações, ligações e mecanismos de reações não deveriam ser o objetivo principal no ensino e aprendizagem de Química. Do nosso ponto de vista, seria mais importante o desenvolvimento da imaginação, em função das evidências observadas, dos dados analisados e da capacidade de criar modelos explicativos por meio da capacidade de representar átomos, moléculas e transformações químicas, por exemplo, e usá -los na construção do conhecimento químico sobre determinado fenómeno.

Exemplos do cotidiano também foram propostos pelos bolsistas para a aula introdutória sobre Ligações Químicas, dentre eles exemplos de diferentes tipos de ligas metálicas, como o ouro 18 quilates e o aço inoxidável. As diferentes formas de aplicação das ligas metálicas são também discutidas em materiais didáticos que abordam as Ligações Químicas, como forma de evidenciar a aplicação do conhecimento químico na vida prática. Ferreira (1998),⁴ por exemplo, apresenta um material didático para o ensino das Ligações Químicas que tem como característica principal: partir do macroscópico (comportamento de diferentes materiais) e ir para o microscópico, ao buscar modelos que expliquem os diferentes comportamentos. Para tanto, alguns questionamentos norteiam as atividades propostas: "qual a relação entre a utilidade dos materiais e suas propriedades? Por que um determinado material pode ter uma utilidade e outro semelhante não serve para o mesmo fim? Qual será a explicação para que os materiais tenham comportamentos tão diferentes e, por conseguinte, usos tão variados" (p. 5).

A Figura 4 ilustra uma vídeo-aula proposta na SQ, extraída do YouTube, que consiste: na apresentação das propriedades físicas e químicas dos metais e sua disposição na tabela periódica; do modelo de "mar de elétrons" para explicar as ligações metálicas; e de situações do cotidiano que exemplificam as propriedades apresentadas pelos metais.

Discussões acerca do emprego dos recursos audiovisuais na sala de aula tem sido frequentes na literatura (Zhang et al., 2011; Masats e Dooly, 2011), dentre outras razões, por vivermos num momento caracterizado pela multiplicidade de linguagens e por uma forte influência dos meios de comunicação. Realidade que exige do professor o entendimento das linguagens do cinema, da TV e do vídeo e habilidades para identificar suas potencialidades e peculiaridades (Silva et al., 2012). No que diz respeito à formação de professores e o uso do vídeo, Masats e Dooly (2011, p. 1152, tradução nossa) afirmam que:

Lançando o olhar para a formação de professores, se pode argumentar que há uma responsabilidade adicional de ir além da demonstração de estratégias de ensino. A formação docente deve encorajar professores em formação inicial e continuada a aprender a observar, refletir e pensar criticamente sobre suas próprias estratégias de ensino. Neste sentido, vídeo-modelagem e vídeo-assessoria na formação de professores podem desempenhar um importante papel. Estudantes -professores devem aprender a reparar em seus próprios estudantes "forma de ser" e desenvolver práticas que os ajudem a observar o pensamento dos estudantes para que assim possam melhor adaptar as necessidades dos estudantes ao contexto em que eles estão ensinando.

Experimentação com materiais de baixo custo

Um experimento sobre condutividade elétrica, similar ao ilustrado na Figura 5, foi proposto pelos bolsistas com os seguintes objetivos: discutir as condições necessárias para a condução de eletricidade; trabalhar conceitos de substâncias iónicas e moleculares; favorecer o reconhecimento pelos estudantes acerca dos materiais condutores de eletricida-de e o entendimento sobre o porquê de alguns destes conduzirem corrente elétrica, enquanto outros não.

Na Figura 6 está apresentado um quadro com uma série de substâncias cuja condutividade elétrica foi testada com base no experimento ilustrado na Figura 5. O quadro foi empregado, pelos estudantes, para o registro sobre os materiais que conduziam, ou não, corrente elétrica.

Pariz e Machado (2011) argumentam que o conceito das Ligações Químicas exige do estudante um salto do concreto para o abstrato, ou seja, do mundo macro para o universo microscópico das ideias. Nesse sentido, a atividade experimental proposta na SD desempenha um importante papel, uma vez que a experiência dos autores com semelhante atividade permitiu observar o estabelecimento de importantes relações entre os diversos materiais e/ou substâncias de uso cotidiano, suas propriedades e o conteúdo de ligações químicas, contribuindo significativamente com o processo ensino-aprendizagem do tema.

Jogos didáticos

A última atividade proposta na SD consistiu na realização de um jogo didático que, segundo os autores, teve como propósito "tornar o aprendizado dinâmico e divertido, atraindo a atenção dos alunos, além de proporcionar a interação entre os colegas". O jogo foi elaborado e confeccionado utilizando papelão que serviu de tabuleiro, tinta guache e tampinhas de garrafa. Além do tabuleiro, foram confeccionados cartões com perguntas relacionadas às Ligações Químicas, extraídas de provas de vestibulares disponíveis na Internet (Figura 7), que deveriam ser respondidas corretamente para se chegar ao final do percurso. De maneira geral, as perguntas não envolviam, de forma significativa: aspectos da aplicação do tema no cotidiano, como os diferentes tipos de ligas metálicas; a condutibilidade elétrica; e outras propriedades físicas e químicas discutidas na vídeo-aula. Predominaram questões em que a regra do octeto se fazia necessária para justificar a ligação química realizada e outras acerca do posicionamento dos elementos na tabela periódica.

Jogos com fins educacionais para o ensino de conteúdos químicos têm sido recomendados com o objetivo de favorecer a aprendizagem e atrair a atenção dos estudantes para o conteúdo a ser ensinado. Focetola et al. (2012), por exemplo, utilizaram três jogos de cartas para introduzir, reforçar ou exercitar os conceitos químicos ministrados acerca das Ligações Químicas e Funções Inorgânicas. A proposta consistiu numa atividade desenvolvida no âmbito do PIBID e, de acordo com os resultados obtidos, os autores sugerem que "aliar a aquisição e/ou reconstrução do conhecimento com as características lúdicas, corporativas e disciplinares dos jogos confere maior interatividade às aulas de química, motivando e socializando os alunos em sala de aula". No entanto, alguns cuidados/recomendações são apontados como essenciais quando se pretende usar o jogo didático na sala de aula, dentre os quais se destacam: o jogo não deve ser levado para a sala de aula apenas para preencher lacunas de horários ou tornar o ensino de química mais divertido; o professor deve experimentar/vivenciar o jogo antes de apresentá-lo aos estudantes, de modo a conhecer a coerência das regras, o nível das dificuldades e os conceitos que podem ser explorados; entender o erro no jogo como parte do processo de ensino -aprendizagem e oportunidade para a construção de conceitos; entender que a função do jogo no ensino de química não é o de memorização de conceitos, nomes ou fórmulas. Estes, quando aparecem, devem favorecer a familiarização do estudante com a linguagem química e a aquisição dos conhecimentos básicos para a aprendizagem de outros conceitos (Cunha, 2012).

Considerações finais

A necessidade de abstração associada a outras dificuldades inerentes ao ensino de tópicos como Ligações Químicas tem originado diversas discussões e propostas que buscam minimizar a complexidade do ensino dos conceitos envolvidos. Nessa perspectiva, diversas estratégias de ensino acessíveis ao professor e, em muitos casos, possíveis de serem aplicadas na sala de aula, têm sido recomendadas com o propósito de favorecer a compreensão mais adequada do assunto, conforme argumentam Pariz e Machado (2011, p. 2).

]]> A dificuldade de se trabalhar esse conteúdo em sala de aula pode estar, em parte, associada a obstáculos de se implementar estratégias didáticas diversificadas, além da falta de materiais, que associem teoria-experimento sem banalizar os conceitos químicos, atribuindolhes significados mais próximos aos aceitos cientificamente. Entendemos que o uso de atividades experimentais, modelagem, jogos e vídeos educativos, paradidáticos e textos de divulgação científica associados às aulas, de maneira que o processo ensino-aprendizagem seja indissociável, permite ao estudante apreender o conhecimento de forma integrada, interdisciplinar e contextualizada.

Os dados analisados sugerem que as estratégias propostas na SD foram pensadas a partir de considerações sobre a viabilidade de cada uma das ações, no que diz respeito à disponibilidade dos materiais, dos recursos audiovisuais existentes na escola e do tempo que seria dedicado à aplicação da SD, de acordo com a programação da professora responsável. Nesse sentido, o objetivo preconizado pela CAPES de proporcionar oportunidades de criação e participação, de estudantes em formação inicial, em experiências metodológicas para o contexto em que estão inseridos, foi contemplado.

Apesar das limitações verificadas em algumas das ações propostas na SD, como o emprego de determinadas analogias, as facetas antropomórficas e animistas envolvidas ou a natureza das questões propostas no Jogo Didático, entendemos a proposta da SD como uma ação importante na formação dos bolsistas, fruto da reflexão e do trabalho colaborativo entre os participantes. Desse modo, o PIBID, por meio de ações que incentivam a criação, desenvolvimento e avaliação de metodologias de ensino, tem contribuído significativamente para a formação do professor reflexivo e consciente das necessidades, desafios e possibilidades da profissão docente.

Agradecimentos

Agradecemos à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa concedida para estudos de pós-doutorado (Processo 1806-11-2) e aos bolsistas de Iniciação à Docência que participaram da pesquisa.

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Notas

³ Denominação usada no México para o nível de ensino que equivale à Educação Profissional Técnica de Nível Médio no Brasil.

⁴ Adaptação da obra: Ligações Químicas: a construção de modelos que buscam explicar as propiedades das substâncias. Autores: Breier, A,; Ely, C. R; Lindner, E. L.; Milagre, A. S. K.