Simulador. Guia Pedagógico. ph, Diluição, Ácidos, Bases

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1 Título: Escala de ph Autores: (Equipe do projeto) Archie Paulson (líder e designer principal) Chris Malley (desenvolvimento do software) Wendy Adams Jack Barbera Laurie Langdon Patricia Loeblein Kathy Perkins Conteúdos: ph, Diluição, Ácidos, Bases Tempo: 50 minutos Objetivos: Determinar se uma solução é ácida ou básica Colocar ácidos ou bases em ordem relativa de acidez Descrever em uma escala molecular, com ilustrações, como o equilíbrio da água varia com o ph Determinar a concentração de hidróxido, de hidrônio e de água em certo ph Relacionar a cor do líquido ao ph Predizer (qualitativa e quantitativamente) como a diluição e o volume afetam o ph e a concentração de hidróxido, de hidrônio e água. Descrição: Simulador que permite testar o ph de coisas como o café, saliva e sabão para determinar se cada um é ácida, básica ou neutra. Visualize o número relativo de íons hidroxila (OH - ) e íons hidrogênio (H + ) em solução. Alterne entre escalas logarítmica e linear. Investigue se alterar o volume ou a diluição com água afeta o ph. E ainda você pode criar seu próprio líquido! Produções

2 Relacionadas: Fonte: 1. Introdução Vá ao site e clic no link para chegar a este simulador. Clique em Copiar ou Use já e siga o procedimento abaixo. A opção Copiar permite salvar o simulado em dispositivos móveis como um pendrive. Como o simulador roda em Java, não é compatível com o sistema Android, o que inviabiliza seu uso em alguns tablets e celulares. A tela inicial do simulador Escala de ph está representada na Figura 01. Os controles são simples, podendo ser do tipo botão deslizante ou caixa de seleção. A caixa de seleção localizada na parte superior esquerda permite a seleção de soluções diferentes (liquido secante, sabonete, sangue, cuspe, água, leite, café, cerveja, refrigerante, vômito, ácido de bateria e líquido qualquer esta última opção permite customizar o líquido). No visualizador da solução existe uma torneira para água, outra para o líquido selecionado e mais uma que drena o líquido do recipiente. Todas as torneiras são acionadas através de botão deslizante operado pelo cursor do mouse. Logo abaixo do visualizador da solução, exitem duas caixas de seleção: Contar Moléculas aciona a indicação do número de moléculas ou íons em solução, e proporção H 3O + /OH - - permite a visuzalização na solução da proporção entre os íons hidronio e hidroxila. No centro da tela encontra-se a escala de ph que varia de acordo com a solução ou que pode ser alterado através do botão deslizante na escala. O valor do ph pode ser digitado na caixa de texto localizada acima da escala e também pode ser visualizado na caixa ph no vizualisador da solução. Na parte direita da tela está localizado o gráfico Componentes na Água. Este gráfico apresenta duas opções para seleção: Concentração (mol/l) e Quantidade (mol). O gráfico apresenta uma coluna para o cátion H 3O + (coluna vermelha), uma coluna para o ânion OH - (coluna azul) e uma coluna verde para a quantidade total de moléculas de água. Os íons citados, bem como a molécula de água, estão representados logo abaixo de suas respectivas colunas. Abaixo do gráfico duas opções para seleção da escala dos valores para o gráfico : Escala Logarítmica e Escala linear.

3 Como posso usar esse simulador na minha classe? Figura01: Tela inicial do simulador Aqui estão algumas idéias: Você pode usar o simulador Escala de ph: Na aula, os seus estudantes trabalham individualmente ou em pares em computadores. Confira as atividades de exemplo para esta simulação disponível na seção de Recursos de Professores (abaixo do local onde você baixar o simulador). Como demonstração, projetando a simulação em uma tela. Você pode manipular a simulação, ou você pode selecionar os alunos para vir para frente e simular diferentes soluções para a classe. Como lição de casa através de questões que problematizem o uso do simulador de forma que os estudantes simulem as condições propostas nas questões e registrem o resultado obtido. Como exemplo de questão, pode-se citar: Usando o "líquido qualquer", ajustar o nível de ph em 6,00. Como a proporção H 3O + / OH em ph 6,00 difere da mesma proporção para um valor de ph 7? Registre e compare a razão: H 3O + / OH - (concentração mol / L). O que se pode aprender jogando com o simulador? Muito! Os estudantes podem aprender:

4 As soluções podem apresentar diferentes valores de ph, Cada valor de ph implica em uma concentração de H 3O + (hidrônio) e de OH - (hidroxila) Existem uma razão (proporcionalidade) entre a quantidade de H 3O + (hidrônio) e de OH - (hidroxila) Os alunos também podem: Comparar o ph de substâncias diferentes; testar o ph de coisas como o café, saliva e sabão para determinar se cada um é ácida, básica ou neutra; visualisar o número relativo de íons hidroxila e íons hidrogênio em solução; alternar entre escalas logarítmica e linear; investiguar se alterar o volume ou a diluição com água afeta o ph. E ainda você pode criar seu próprio líquido! Metas de Aprendizagem: Os alunos serão capazes de: 1. Determinar se uma solução é ácida ou básica usando a. ph b. Analisar a razão: H 3O + /OH - (representação tamanho molecular apenas dos íons na água em equilíbrio) c. Hidrônio / concentração de hidróxido 2. Relacionar cor do líquido ao ph. 3. Prever se a diluição e o volume vai aumentar, diminuir ou não alterar o ph 4. Organizar uma lista de líquidos em termos de força de ácido ou base, como apoio para avaliações. 5. Escrever a expressão de equilíbrio da água. 6. Descrever como o equilíbrio da água varia com o ph. 2. Objetivos Determinar se uma solução é ácida ou básica Colocar ácidos ou bases em ordem relativa de acidez Descrever em uma escala molecular, com ilustrações, como o equilíbrio da água varia com o ph Determinar a concentração de hidróxido, de hidrônio e de água em certo ph Relacionar a cor do líquido ao ph Predizer (qualitativa e quantitativamente) como a diluição e o volume afetam o ph e a

5 concentração de hidróxido, de hidrônio e água. 3. Sugestões de atividades Controles não-óbvios: Você vai poder verificar através do gráfico Componentes na Água a razão H 3O + /OH - para comparar o número de partículas. Quando você usa o controle deslizante para alterar o ph no medidor de ph ou as setas no gráfico Componentes na Água, o líquido muda automaticamente para líquido qualquer. A cor do líquido não mudará. Se você está fazendo uma demonstração de aula, defina a sua resolução de tela de 1024x768 para que a simulação preencha a tela e seja visto facilmente. Notas importantes de modelagem / simplificações: A visualização da razão H 3O + /OH - é uma tentativa de ajudar os estudantes a visualizar como a quantidade de cada íon pode variar com o ph. O número de partículas indicadas não representam o número real de partículas no volume indicado. Um dos objetivos de aprendizagem é que a cor do líquido não afeta o ph, por isso, decidiu manter a cor do líquido qualquer imutável. Usamos x10 23 partículas/mole para os cálculos. Os números significativos foram limitados a três casas decimais. Para diluição, assumiu-se que o líquido era apenas um simples ácido ou base, e que a única alteração em número de partículas iônicas vem a partir da adição de água. Nós não utilizamos cálculos com Ka. Por exemplo, se os estudantes adicionarem ½ litro de água a um ácido, então o número de H 3 O + sobe (1 x 10-7 mol H 3 O + / L H 2 O) (0,50 L H 2 O) (6.022 x H 3 O + / mol H 3 O + ) = 3,01 x H 3 O +. Este é adicionado ao número de H 3 O + no volume original de líquido e, em seguida, dividida pelo volume total de novo para obter o novo [H 3 O+] (e, em seguida, o ph). A concentração de OH - é calculado usando Kw. Se o líquido que está sendo diluído é uma base, em seguida, o número de íons OH - aumenta (embora, porque o volume total é aumentado, o efeito líquido é inferior [OH - ] por diluição). Estes cálculos permitem a simulação para ter em conta o efeito de nivelamento de água. O ph nunca vai acima de 7,00 quando diluir um ácido, ou abaixo de 7,00 quando for a diluição de uma base. É possível dissipar a idéia de que o ph pode ser usado como um único indicador da

6 concentração ou a força de ácidos e bases. Por saber que indicadores utilizados tem papel decisivo assim como o uso do papel de ph (como o tornassol), alguns estudantes podem pensar que a cor da substância está relacionada ao ph. Outros pontos podem ser revelados mais tarde através de entrevistas com os estudantes ou o uso na classe. 4. Questões para reflexão e discussão As simulações foram usadas com sucesso com trabalhos de casa, palestras, atividades em sala de aula, ou atividades de laboratório. Use-os para introdução aos conceitos, aprender novos conceitos, reforço de conceitos, como ajudas visuais para demonstrações interativas, etc. 5. Fontes complementares / Referências No site do grupo PhET existem idéia para aulas que são enviadas por professores colaboradores de várias partes do mundo. Você também pode enviar sugestões de atividades para este simulador, através do link disponibilizado na página ( 6. Avaliação Tendo como referencial teórico a Teoria da Aprendizagem Significativa, proposta por Ausubel (1968), propomos como avaliação, o uso deste recurso com as seguintes funções: 6.1 Função Diagnóstica 6.2 Função Facilitadora da Assimilação 6.3 Função Consolidadora Função Diagnóstica - Essa função consiste em levantar o conhecimento prévio dos estudantes. Quando o professor intenciona conhecer o que o estudante já sabe, usualmente, executa o recurso no início da aula, antes de abordar o conteúdo específico. A partir do uso do simulador, o professor pode estimular a memória do estudante com questões que levam

7 à interpretação, a partir da construção de hipóteses fundamentadas em conceitos préexistentes na estrutura cognitiva do estudante. 6.2 Função Facilitadora da Assimilação - O simulador pode ser executado concomitantemente à abordagem do conteúdo. Por exemplo, quando o simulador é executado visando destacar características gerais das moléculas associáveis a conceitos gerais e, a partir dessas características, buscar conceitos mais específicos que explicam o modelo. Dessa forma, o princípio da diferenciação progressiva pode ser contemplado. Este princípio está ligado ao próprio caminho que normalmente é traçado ao se observar um fenômeno. As características mais gerais são inicialmente percebidas pelos sentidos (alterações de cor, estrutura, temperatura, desprendimento de gases, etc.) e a partir dessas primeiras informações, a sequência pode ser planejada para levar a questionamentos cada vez mais específicos, que exijam a abstração, como o emprego de modelos explicativos. Entretanto, o principio nos parece mais facilmente aplicável ao uso do simulador é a reconciliação integrativa. O simulador pode ser usado para explorar relações entre idéias, apontar similaridades e diferenças significativas (principalmente por permitir a comparação entre moléculas diferentes), reconciliando discrepâncias reais ou aparentes. O estudante pode estabelecer relações, diferenciações, similaridades, e ainda, estabelecer novas hipóteses oriundas do desenvolvimento conceitual a partir de sua estrutura cognitiva. A interpretação pode ser feita através das relações de idéias e de comparações entre o estado inicial e o final de uma transformação ou, entre sistemas semelhantes ou ainda, entre variáveis que influenciam a transformação. Dessa maneira, a reconciliação integrativa e a diferenciação progressiva podem ser favorecidas e o uso do simulador assume a função de Facilitadora da Assimilação do novo conhecimento. Tendo como objetivo essa função, o professor pode usar o simulador como um recurso que avalia o processo de ensino durante o próprio processo. Através das hipóteses e das relações estabelecidas pelo estudante diante do simulador é possível obter um retorno imediato sobre como estão se desenvolvendo os processos de ensino e de aprendizagem. Permite, portanto, ajustes durante o processo visando a consolidação dos conceitos abordados. Na função de Facilitadora da Assimilação, o conhecimento teórico é abordado de maneira a proporcionar um desenvolvimento de conceitos a partir do resultado das interações entre as observações do fenômeno e a estrutura cognitiva do estudante. Este pode confrontar as suas próprias representações e hipóteses sobre o fenômeno com explicações e modelo teóricos. Promovendo meios para a explicitação dos resultados dessa confrontação, o professor pode ter uma avaliação de sua ação ou desempenho, bem como de todos os recursos e estratégias

8 utilizadas no processo de ensino. Ao mesmo tempo, pode ser realizada uma análise de como ocorreu o processo de aprendizagem, principalmente, dos fatores que favorecem ou dificultam os resultados esperados. 6.2 Função Consolidadora Depois de abordado o conteúdo, o simulador pode ser usado pelo professor para obter uma idéia sobre a clareza, estabilidade e organização do novo conhecimento, constituindo assim, um alicerce para um conhecimento posterior. Ou seja, obter uma idéia sobre a consolidação do conhecimento. O simulador pode ser utilizado com a função Consolidadora do novo conhecimento também para permitir ao professor realizar uma avaliação global sobre o processo de ensino e de aprendizagem. Desse modo, é possível levantar dados que permitirão realizar ajustes e obter informações para novos planejamentos. Em geral, é possível obter tal avaliação global colocando o estudante diante de um fenômeno novo, ainda não estudado ou comentado, constituindo uma situação nova. A explicação desse fenômeno à luz da teoria abordada, ou dos conceitos abordados, consiste em um instrumento poderoso para o professor avaliar se houve ou não uma aprendizagem significativa, na medida em que o estudante revela o domínio desses conhecimentos assimilados. O fenômeno ou situação deve ser inédita, pois, essa é uma condição sine qua non para avaliar se a aprendizagem foi significativa. Colocar o estudante diante de uma nova situação ou de um novo problema é a base do conceito de competência de Perrenound (2000) quando se refere a mobilização de recursos em uma situação prática nova. Se o problema proposto já é de conhecimento do estudante, a atuação do professor não está na zona de desenvolvimento proximal proposta por Vigotsky (2007), pois, para tal, deveria atuar entre o nível de desenvolvimento real, que já faz parte da estrutura cognitiva do estudante, e o nível de desenvolvimento potencial. Essas concepções sobre a aprendizagem distanciam-se da aprendizagem mecânica e implicam na necessidade de se avaliar o que pode ser elaborado pelo estudante a partir do que existe na sua estrutura cognitiva. As três funções propostas, na verdade, são formas de avaliação do processo de ensino e de aprendizagem que diferem quanto aos objetivos e o momento propício para sua aplicação. A concepção de avaliação que subsidia essa assertiva é de que esta é indissociável do processo, como define Hoffmann (2008), a avaliação é essencial à educação. Inerente e indissociável enquanto concebida como problematização, questionamento, reflexão sobre a ação (HOFFMANN, 2008, p. 15).

9 Avaliar através das três funções significa que: a avaliação deixa de ser um momento terminal do processo educativo (como hoje é concebida) para se transformar na busca incessante de compreensão das dificuldades do educando e na dinamização de novas oportunidades de conhecimento (ibid., p.19). Provavelmente, sob uma concepção de que avaliar significa classificação, caberia uma quarta função (possivelmente uma função chamada avaliativa) que atribuiria ao simulador o papel de compor a nota que vai representar o desempenho do estudante. Porém, essa função não seria coerente com a própria Aprendizagem significativa, pois, estaria mais adequada a aprendizagem por memorização, por tudo que já foi exposto até aqui. 7. Tempo previsto para a atividade Dependendo dos objetivos, o simulador poderá ser usado em uma aula (50 minutos), ou mais aulas. Também é possível incentivar que os alunos usem o simulador em casa a qualquer momento, explorando a interatividade proporcionada pelo simulador. 8. Requerimentos técnicos Windows: Microsoft Windows XP/Vista/7 Sun Java 1.5.0_15 or later Macintosh: OS 10.5 or later Sun Java 1.5.0_19 or later Linux: Sun Java 1.5.0_15 or late