UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE QUÍMICA Departamento de Química Fundamental RELATÓRIO DE MONITORIA-DISCIPLINA: QUÍMIOMETRIA

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE QUÍMICA Departamento de Química Fundamental SIMONE GARCIA DE ÁVILA RELATÓRIO DE MONITORIA-DISCIPLINA: QUÍMIOMETRIA (Relatório Referente à Disciplina Prática de Ensino de Química e Bioquímica) São Paulo Julho/2009

2 SIMONE GARCIA DE ÁVILA RELATÓRIO DE MONITORIA-DISCIPLINA: QUÍMIOMETRIA (Relatório Referente à Disciplina Prática de Ensino de Química e Bioquímica) Relatório de monitoria apresentado ao Programa de Pós Graduação do Instituto de Química da Universidade de São Paulo, como exigência para aprovação a disciplina de Prática de Ensino de Química e Bioquímica. Professor Responsável: Dra. Denise Freitas Siqueira Petri. Professor Supervisor: Dr. Tibor Raboczakey São Paulo Julho/2009 1

3 FOLHA DE AVALIAÇÃO Disciplina: Prática de Ensino de Química e Bioquímica. Período de realização: 01/ 2009 Professor Responsável: Denise Freitas Siqueira Petri Professor Supervisor: Tibor Raboczakey Nome Nº USP Simone Garcia de Ávila Comentários do Professor 2

4 SUMÁRIO 1. CARACTERISTICA DO MONITOR CARACTERÍSTICAS DISCIPLINA Dados gerais Conteúdo programático da disciplina Bibliografia e material de apoio ATIVIDADES DESENVOLVIDAS Acompanhamento durante as aulas Atividades de plantão de dúvidas Comparação do conteúdo abordado em relação a outras instituições Elaboração de atividades práticas Acompanhamento durante as aulas práticas Pesquisa CONCLUSÂO REFERÊNCIAS

5 1 CARACTERISTICA DO MONITOR Simone Garcia de Ávila Aluna de mestrado em Química Analítica Orientador: Pérola de Castro Vasconcellos 2 CARACTERÍSTICAS DISCIPLINA 2.1 Dados gerais Disciplina: QFL2636 Quimiometria Professor: Tibor Raboczkey Turma: Bacharelado em Química Quantidade de alunos: 60 Horário das aulas: terça e quinta-feira, das 10hs às 11h40min. 2.2 Conteúdo programático da disciplina Ao longo das aulas, foram trabalhados os seguintes conteúdos: 1. Medidas de precisão e exatidão; 2. Tipos de números; 3. Tipos de erros 3.1 Erros aleatórios; 3.2 Erros sistemáticos; 4. Algarismos significativos; 4.1 Cálculos com algarismos significativos; 5. Medidas de incerteza/cálculos com incertezas; 6. Estatística de medidas repetidas; 6.1 Média; 6.2 Desvio padrão; 6.3 Histograma; 6.4 Distribuição normal; 6.5 Distribuição log-normal; 6.6 Definição de população e amostra; 6.7 Distribuição da média amostral; 4

6 6.8 Teorema do limite central; 7. Limite de confiança; 8. Testes de significância; 8.1 Hipótese nula; 8.2 Comparação entre uma média amostral e um valor conhecido; 8.3 Níveis de significância; 8.4 Rejeição e não rejeição da hipótese nula; 8.5 Comparação entre duas médias experimentais; 8.6 Teste de Student; 8.7 Comparação entre dois métodos; 8.8 Comparação entre dois procedimentos; 8.9 Comparação entre duas amostras; 8.10 Comparação simultânea entre amostras e métodos diferentes; 8.11 Testes uni e bi-laterais; 8.12 Teste F comparação de desvio padrão; 8.13 Valores discrepantes Teste de Grubbs; Teste de Dixon; 8.14 ANOVA ANOVA de fator único; ANOVA de fator duplo; 8.15 Mínima diferença significativa; 8.16 Teste Que-quadrado; 8.17 Comparação de freqüências; 8.18 Teste de distribuição normal; 8.19 Erros Tipo I e Tipo II; 9. Métodos de calibração: regressão e correlação; 9.1 Comparação entre métodos clássicos e experimentais; 9.2 Curva de calibração; 9.3 Gráficos ponderados e não ponderados; 9.4 Regressão linear; 9.5 Coeficiente de correlação; 9.6 Erros nos coeficientes linear e angular; 9.7 Calibração de ponto único; 5

7 9.8 Cálculo de concentração e erro; 9.9 Limite de detecção; 9.10 Método da adição de padrões; 9.11 Uso da regressão linear para comparar dois métodos; 9.12 Regressão linear ponderada; 10. Métodos não paramagnéticos e métodos robustos; 10.1 Mediana; 10.2 Faixa inter- quartil; 10.3 Diagrama de caixa; 10.4 Diagrama de pontos; 2.3 Bibliografia e material de apoio MILLER, J.N. & MILLER, J.C Statistics and Chemometrics for Analytical Chemistry. Harlow: Pearson Pretice Hall, 5a. ed. HARRIS, D.C Análise Química Quantitativa. Rio: LTC, 6ª. Ed. TRIOLA, M.F Introdução à Estatística. Rio: LTC, 10ª. ed. 3 ATIVIDADES DESENVOLVIDAS 3.1 Acompanhamento durante as aulas Durante todo o curso, todas as aulas foram acompanhadas, de modo a prestar acessória ao professor e aos alunos, quando necessário, e também com o objetivo de acompanhar o conteúdo desenvolvido durante o curso. Grande parte das aulas foi de caráter expositivo, sendo desenvolvidas em sala de aula. No final do curso, algumas aulas ocorreram no laboratório de multimídia, porém, estas atividades serão relatadas mais adiante. Algumas aulas foram destinadas à resolução de exercícios, assim, houve o monitoramento dos alunos, auxiliando-os na resolução de tais atividades. Apesar de a disciplina possuir outro monitor, ele não acompanhava as aulas, apenas prestava atendimento em horários destinados. Isso ocorreu por opção do próprio professor responsável pela disciplina, uma vez que ele decidiu ter um monitor exclusivo 6

8 para o atendimento e assessoramento dos alunos fora do horário de aula e outro que pudesse assessorá-lo e atender aos alunos durante as aulas. 3.2 Atividades de plantão de dúvidas Alguns horários foram destinados ao atendimento aos alunos semanalmente. Como a disciplina já possuía um monitor responsável pelo atendimento dos alunos fora do horário de aula, o professor responsável não exigiu que houvesse plantões de dúvidas feitos por mim foram do horário de aula, entretanto, optei por me dedicar uma hora semanalmente para tirar dúvidas e assessorar os alunos. Essa atividade era desenvolvida as quintas-feiras após a aula. Apesar da procura ser pequena, houve um número de alunos significativo que participavam deste assessoramento. Muitos alunos optavam por tirar as dúvidas com o monitor durante a própria aula, portanto, não costumavam freqüentar os horários destinados ao atendimento. Como o professor exigia que os alunos entregassem listas de exercícios semanalmente, a procura para tirar dúvidas durante as aulas era grande. 3.3 Comparação do conteúdo abordado em relação a outras instituições Visando realizar algumas mudanças que possam trazer benefícios ao curso de quimiometria, o professor responsável solicitou que fosse efeito um estudo comparativo em relação ao conteúdo abordado durante o curso de Quimiometria na Universidade de São Paulo com ao conteúdo abordado nesta mesma disciplina, porém em outras instituições de ensino da região. Assim, foi realizado um estudo comparativo em relação a algumas universidades públicas do estado de São Paulo e também com algumas intuições particulares com a Faculdade Oswaldo Cruz, em São Paulo e o Centro Universitário Fundação Santo André, localizado nesta mesma cidade. A pesquisa foi realizada consultando a ementa da disciplina oferecida nas instituições citadas, considerando apenas a disciplina referente ao curso de Bacharelado em Química. Concluiu-se que o conteúdo abordado é praticamente igual em todas as instituições estudadas, com exceção do Centro Universitário Fundação Santo André, que além de abordar todo o conteúdo desenvolvido na Universidade de São Paulo, abordava também itens como Controle Estatístico de Processos (CEP) e Incerteza de Medição. Esta instituição também se diferiu pelo fato do curso de Quimiometria ser 7

9 realizado no período de um ano e não em um semestre, como a USP e nas demais instituições estudadas. 3.4 Elaboração de atividades práticas Algumas atividades foram realizadas no laboratório de multimídia, trabalhando algumas situações problemas na qual os alunos deveriam resolver utilizando o programa Excel. Durante essas aulas, os alunos foram divididos em quatro grupos de 15 alunos, de modo que cada um trabalhasse sozinho em cada computador, por conta disso, cada atividade foi repetida em quatro aulas, sendo possível participação de todos. Segue abaixo a relação das atividades desenvolvidas, é importante salientar que os enunciados foram adaptados de suas fontes originais: Aula 1: ANOVA de fator único e ANOVA de fator duplo; Atividade 1: Visando estudar os fatores que afetam o crescimento dos hálamos, essas árvores foram submetidas a alguns tratamentos, como a utilização de fertilizantes e irrigação do solo. A tabela abaixo mostra os resultados das medidas das massas dos hálamos, em quilograma, após a submissão de tratamento com fertilizante, irrigação do solo, fertilizantes e irrigação do solo e nenhum tipo de tratamento. Verifique qual ou quais tratamentos podem influenciar no crescimento dos halámos. Sem tratamento Fertilizante Irrigação Fertilizante e irrigação 0,15 1,34 0,23 2,03 0,02 0,14 0,04 0,27 0,16 0,02 0,34 0,92 0,37 0,08 0,16 1,07 0,22 0,08 0,05 2,38 Fonte: TRIOLA, M.F Introdução à Estatística. Rio: LTC, 10ª. ed. 8

10 O objetivo deste exercício era que os alunos aprendessem a utilizar a ferramenta análise de dados do Excel, aplicando a ANOVA de fator único para resolução deste exercício. Atividade 2: Visando estudar a interferência da utilização de irrigação e fertilizantes no crescimento de hálamos, o procedimento abordado no exercício anterior foi repetido, porém, desta vez, o estudo foi realizado em dois locais diferentes, no qual as características dos solos utilizados para o plantio eram bastante distintas. Segue abaixo a massa dos hálamos, em quilogramas, obtidas em cada local utilizando os tratamentos em questão: Nenhum Fertilizantes Irrigação F&I Local 1 0,15 1,34 0,23 2,03 Local 1 0,02 0,14 0,04 0,27 Local 1 0,16 0,02 0,34 0,92 Local 1 0,37 0,08 0,16 1,07 Local 1 0,22 0,08 0,05 2,38 Local 2 0,6 1,16 0,65 0,22 Local 2 1,11 0,93 0,08 2,13 Local 2 0,07 0,3 0,62 2,33 Local 2 0,07 0,59 0,01 1,74 Local 2 0,04 0,17 0,03 0,12 A partir de comprovações estatísticas, diga se o local (tipo de solo) no qual os hálamos foram plantados e se o tratamento no qual foram submetidos influencia no crescimento da planta em questão. Fonte: TRIOLA, M.F Introdução à Estatística. Rio: LTC, 10ª. ed. O objetivo deste exercício era que os alunos aprendessem a utilizar a ferramenta análise de dados do Excel, aplicando a ANOVA de fator duplo para resolução deste exercício. Aula 2: regressão linear Atividade 1: A tabela abaixo relaciona o número de mortes de peixes bois em uma dada região entre o período de 1983 e 2002: 9

11 Ano Mortes Diga qual é a expressão matemática que melhor representa a morte de peixes bois em relação a cada ano. Fonte: TRIOLA, M.F Introdução à Estatística. Rio: LTC, 10ª. ed. O objetivo desta atividade era que os alunos determinassem graficamente o melhor valor de R 2 considerando diversas possibilidades de tendência do gráfico como: linearidade, polinômio de grau 2, 3, 4, 5 e 6, expressão logarítmica e exponencial. A partir do gráfico e do valor de R 2 foi possível determinar qual a expressão matemática que melhor representa o fenômeno em questão. 10

12 Atividade 2: A tabela abaixo representa a quantidade de mortes de peixes bois causada por embarcações e a quantidade de mortes naturais, considerando um mesmo período de estudo. Verifique se há alguma correlação entre as mortes naturais e as mortes causadas por embarcações. Embarcações Natural Fonte: TRIOLA, M.F Introdução à Estatística. Rio: LTC, 10ª. ed. O objetivo desta atividade era que a partir do coeficiente de correlação os alunos verificassem se há alguma relação entre as mortes por embarcação e as mortes naturais de peixes bois. Aula 3 : Utilizando a ferramenta solver A tabela abaixo relacionada a capacidade calorífica de um sistema com a temperatura. Sabendo que a capacidade calorífica pode ser calculada pela expressão Cv= A +BT+C/T 2, onde Cv é a capacidade calorífica, T representa a temperatura e A, B e C são constantes numéricas. Calcule o valor de A, B e C. Temp (k) C v (J) , , , ,8 11

13 700 22, , , , , ,9 O objetivo desta atividade era que os alunos aprendessem a utilizar a ferramenta Solver do Excel. 3.5 Acompanhamento durante as aulas práticas Durante todas as aulas práticas os alunos foram assessorados na resolução de exercícios de modo a conhecerem as ferramentas estatísticas existentes no Software Excel. Notou-se que a procura por atendimento e também a motivação dos alunos em relação ao aprendizado aumentou bastante durante a realização das aulas práticas. 3.6 Pesquisa Com o objetivo de elaborar um projeto que propõe a criação de uma disciplina de estatística na pós graduação, o professor solicitou que fosse elaborado um questionário direcionado aos orientadores e discentes de pós graduação, visando analisar quais ferramentas estatísticas são necessárias para as pesquisas desenvolvidas na instituição, de modo a elaborar uma disciplina capaz de suprir as necessidades dos pós graduandos. O questionário foi elaborado e enviado para o professor responsável, porém, por orientação do próprio professor, o questionário não será divulgado neste trabalho, pois a pesquisa será realizada apenas ao término do segundo semestre. Entretanto, uma pesquisa similar foi desenvolvida com os alunos que cursaram a disciplina de Quimiometria no semestre em questão, de modo a averiguar quais foram os principais problemas apontados pelos alunos ao longo do curso, objetivando inovar o curso para o ano seguinte. Muitos alunos disseram que a disciplina deveria ter sido dada antes de disciplinas como química analítica e eletroquímica, pois muitos assuntos abordados em quimiometria devem ser utilizados nas disciplinas em questão. Os alunos também mostraram que a compreensão dos assuntos abordados melhorou muito após as 12

14 atividades no laboratório de multimídia, assim, sugeriram que no próximo ano todas as aulas sejam realizadas no laboratório de informática, porém, como existem apenas 15 microcomputadores no laboratório, a sugestão incluía que, em caso de salas com número elevado do aluno, a turma seja reduzida, de modo que fiquem no máximo dois alunos trabalhando por micro e, quando houver uma quantidade de alunos acima de 30, os alunos poderão ser divididos em duas turmas, sendo uma mesma aula ministrada duas vezes, para que todos tenham acesso às aulas. Esse levantamento foi realizado em forma de discussão na presença de todos os alunos e do professor responsável. 4 CONCLUSÃO Tanto o interesse quanto a participação dos alunos aumentou bastante após a realização das atividades no laboratório de multimídia. Isso foi notório pela participação dos alunos na resolução dos exercícios e também pela freqüência dos alunos durante as aulas práticas. 13

15 REFERÊNCIAS TRIOLA, M.F Introdução à Estatística. Rio: LTC, 10ª. ed. 14