Agradecimentos...II Resumo...III Abstract...IV Índice de figuras...ix Índice de gráficos...xiii Índice de tabelas...xiv. 1. Introdução...

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1 Índice Agradecimentos...II Resumo...III Abstract...IV Índice de figuras...ix Índice de gráficos...xiii Índice de tabelas...xiv 1. Introdução Enquadramento da problemática: Diminuição da Espessura da Camada de Ozono na Estratosfera Contextualização química A Terra Primitiva e a Origem da Vida Formação do Sistema Solar Formação da Terra A atmosfera O modo de exprimir as quantidades dos constituintes da atmosfera O estudo da química da atmosfera As camadas da atmosfera A composição da atmosfera que respiramos A química da estratosfera O ozono e a radiação ultravioleta Mecanismo de Chapman A primeira abordagem do problema: Destruição da Camada de Ozono Os Clorofluorcarbonetos (CFCs) O Buraco do Ozono Porque a grande dimensão sobre a Antárctica? A resposta social e política Contextualização didáctica O ensino das Ciências Breve retrospectiva O estudo das Concepções Alternativas (CA s)...68 V

2 A origem das CA's Características das CA s Concepções alternativas no tema Buraco na Camada de Ozono Estratégias para o Ensino da problemática: Diminuição da Espessura da Camada de Ozono na Estratosfera Laboratório e Ensino da Química Diferentes perspectivas para o ensino experimental A evolução histórica do ensino experimental A situação actual do ensino experimental Vantagens e limitações do ensino experimental A actividade experimental proposta para o estudo da Diminuição da Espessura da Camada de Ozono na Estratosfera Propostas para aplicação pedagógica das experiências desenvolvidas sobre a Diminuição da Espessura da Camada de Ozono na Estratosfera As novas tecnologias de informação e comunicação e o Ensino da Química Utilização do computador no ensino Software Educativo em Ciências O caso particular das simulações Vantagens e limitações do multimédia e das simulações computacionais no ensino Recursos digitais sobre a Camada de Ozono Proposta para aplicação pedagógica do protótipo desenvolvido sobre a Diminuição da Espessura da Camada de Ozono na Estratosfera Estudo de impacte com os alunos Questão de investigação Metodologia/Procedimento Plano de estudo adoptado Instrumento de recolha de dados Caracterização da amostra Procedimento de análise de dados quantitativos VI

3 6.6. Limitações do estudo Discussão dos resultados Apresentação dos dados quantitativos obtidos Tratamento dos dados quantitativos obtidos Apresentação dos dados qualitativos obtidos Capacidade das diferentes sugestões metodológicas para superar as CA s Conclusões Bibliografia Anexos Anexo 1- Fotografias das três experiências realizadas para investigar a protecção da radiação ultravioleta provida por diferentes sistemas Anexo 2- Protocolos experimentais para o 7º ano Anexo 3- Versão dos protocolos experimentais para o 10º ano (apenas a execução experimental) Anexo 4- Texto fornecido aos alunos sobre a problemática em estudo Anexo 5- Fotografias da aplicação das diferentes abordagens desta temática Anexo 6- Questionário Anexo 7- Notas dos testes de avaliação à disciplina de Ciências Físico-Químicas e algumas médias Anexo 8- Dados amostrais e cálculo de estatísticas para efectuar o teste de hipóteses ANOVA com o objectivo de avaliar: VII

4 - a igualdade das médias dos 4 testes realizados à disciplina de Ciências Físico- Químicas entre os três grupos a igualdade das médias de cada um dos testes realizados à disciplina de Ciências Físico-Químicas entre os três grupos a igualdade das médias dos 4 testes realizados à disciplina de Ciências Físico- Químicas em relação a cada um dos alunos dos grupos Anexo 9- Quantificação das respostas dadas pelos alunos nos questionários (Pré-teste e pós-teste) Anexo 10- Valores calculados para os ganhos de aprendizagem Anexo 11- CD com o software educativo criado no âmbito desta tese VIII

5 Índice de Figuras Fig. 1- Evolução do Sistema Solar (PRESS e SIEVER, 2001) Fig. 2- O planeta Terra, fotografado pelos astronautas da Apollo 17 (ASTRO, 2003) Fig. 3- Representação esquemática da Terra (PRESS e SIEVER, 2001) Fig. 4- Causas do aquecimento terrestre. A- A acreção (processo pelo qual, na nébula Solar primitiva, os corpos sólidos se agruparam para formarem os planetas), B- A força gravítica comprime a Terra primitiva fazendo diminuir o seu volume, C- A desintegração dos elementos radioactivos liberta calor que flúi através dos materiais ( SILVA [et al.], 1997) Fig. 5- Diferenciação do planeta Terra (PRESS e SIEVER, 2001) Fig. 6- Curva de crescimento dos continentes reconstruída a partir de dados fornecidos por elementos radioactivos presentes em rochas magmáticas (SILVA [et al.], 1997) Fig. 7- Evolução da atmosfera terrestre (SILVA [et al.], 1997) Fig. 8- As cianobactérias contam-se entre os poucos organismos antigos responsáveis pela fotossíntese. Podem viver em colónias compostas por mil milhões de indivíduos, formando depósitos de carbonato de cálcio, designados por estromatólitos, que atingem os 10 metros de largura. Os primeiros vestígios destas estruturas remontam a três milhões de anos atrás (COUTINHO, 2003) Fig. 9- Mudança da atmosfera terrestre devido à acumulação de oxigénio produzido pelas cianobactérias (COUTINHO, 2003) Fig. 10- Estrutura vertical da atmosfera, baseada na variação das características térmicas, em altitude (SCHLESINGER, 1997) Fig. 11- Diagrama de níveis de energia da orbital atómica do átomo de oxigénio, na sua forma paramagnética Fig Diagrama de níveis de energia do átomo de oxigénio nas das duas formas diamagnéticas possíveis IX

6 Fig. 13- Diagrama de níveis de energia da orbital molecular mostrando a combinação das orbitais atómicas 2p na molécula de oxigénio (RAYNER-CANHAM e OVERTON, 2002). 28 Fig. 14- Diagrama de níveis de energia da orbital molecular mostrando a combinação das orbitais atómicas 2p na forma mais comum das duas formas diamagnéticas da molécula de oxigénio (RAYNER-CANHAM e OVERTON, 2002) Fig. 15- Diagrama de níveis de energia da orbital molecular mostrando a combinação das orbitais atómicas 2p na forma menos comum das duas formas diamagnéticas da molécula de oxigénio (RAYNER-CANHAM e OVERTON, 2002) Fig. 16- Camada de ozono que se encontra na estratosfera (NATURALEZA EDUCATIVA, 2003) Fig. 17- Mascote usada para representar a molécula de ozono aos alunos Fig. 18- Local propício para exposição prolongada à radiação ultravioleta (REIS, 2002) Fig. 19- Manifestação visível de um carcinoma (REIS, 2002) Fig. 20- Região de produção agrícola (REIS, 2002) Fig. 21- Formação de ozono (moléculas cm -1 ) a partir da fotólise de O 2 em função da latitude e da altitude (VANLOON e DUFFY, 2000) Fig. 22- Concentração de ozono (em unidades moléculas cm -3 ) em função da altitude (VANLOON e DUFFY, 2000) Fig. 23- Esquema simplificado dos ciclos de destruição de ozono pelos ClO x (VANLOON e DUFFY, 2000) Fig Mário Molina (a) e Sherwood Rowland (b) (Laureados prémio Nobel da Química em 1995) (NOBEL e-museum, 2003) Fig. 25- Primeira publicação da evidência da diminuição da espessura da camada de ozono, ao longo de um período de 30 anos. Estas medições foram feitas em Halley Bay, na costa do Antárctico (GLOBAL, 2003) X

7 Fig. 26- Composição dos CFCs (NATURALEZA, 2003) Fig. 27- Representação gráfica da variação total de ozono Fig. 28- Ciclos catalíticos que envolvem espécies de cloro na química do buraco do ozono (VANLOON e DUFFY, 2000) Fig. 29- Períodos de vida média dos clorofluorcarbonetos e dos hidroclorofluorcarbonetos na atmosfera Fig. 30- A protecção do mundo pelo Homem (COLLEGE, 2003) Fig. 31- Exemplo de uma interface usada num jogo sobre a camada de ozono (FELDMAN, 2003) Fig. 32- Exemplo da interface usado no jogo Nós e o Ozono (criada no âmbito desta tese) Fig. 33- Exemplos de que, muitas vezes, uma imagem vale mais do que mil palavras (ENVIRONMENT, 2003; INSTITUTO, 2003) Fig. 34- Mascote usada para representar a molécula de ozono no software educativo criado no âmbito desta tese Fig. 35- Propriedades do cloro (SOFT CIÊNCIAS, 2003) Fig. 36- Imagem do hipertexto do software educativo criado no âmbito desta tese Fig. 37- A digitalização do som cria para os utilizadores uma maior sensação de envolvimento com outros elementos dos media (TREINISH, 2003) Fig. 38- Imagem estática do desenho animada usado no nosso software Fig. 39- Imagem estática do jogo "Prevenir". Parte da software onde surge som, conforme as escolhas XI

8 Fig. 40- Fusão da televisão com a Internet. O vídeo mostra uma alteração simulada da concentração de ozono na estratosfera a uma altitude de 25 km durante um período de três meses (BÖTTINGER e BIERCAMP,, 2003) Fig. 41- Animação do mecanismo de formação e de destruição do ozono (FACES, 2003). 109 Fig. 42- Imagem estática do Mecanismo de Chapman que existe no software educativo criado no âmbito desta tese Fig. 43- Imagem estereoscópica do ozono (MOLECULARIUM, 2003) Fig. 44- Imagem inicial do software educativo criado no âmbito desta tese Fig. 45- Imagem do software educativo criado no âmbito desta tese Fig. 46- Imagem da estrutura da atmosfera Fig. 47- Hipertexto onde se refere a localização e importância da camada de ozono Fig. 48- Mecanismo de formação da Camada de Ozono apresentado no software desenvolvido Fig. 49- Imagens com a pergunta e as possíveis respostas Fig. 50- Hipertexto criado no âmbito desta tese Fig. 51- Imagem estática do desenho animado usado no nosso software Fig. 52- Hipertexto criado no âmbito desta tese Fig. 53- Imagem estática do jogo Prevenir Fig. 54- Desenvolvimento da abordagem teórica (No anexo 5 surgem mais fotografias) Fig. 55, 56, 57 e 58- Desenvolvimento da abordagem laboratorial (No anexo 5 surgem mais fotografias) Fig. 59 e 60- Desenvolvimento da abordagem multimédia (No anexo 5 surgem mais fotografias) XII

9 Índice de gráficos Gráfico 1 Comparação da média dos testes à disciplina de Ciências Físico-Químicas dos diferentes grupos antes do ensino diferencial Gráfico 2- Comparação da média dos quatro testes dos diferentes alunos antes do ensino diferencial Gráfico 3- Resultados obtidos pelos participantes no pré-teste e no pós-teste Gráfico 4- Representação gráfica dos valores obtidos no pós-teste em função dos valores obtidos no pré-teste Gráfico 5- Ganhos residuais corrigidos para cada aluno XIII

10 Índice de tabelas Tabela 1- Diferença de designação dos valores 10 3, 10 6,10 9 e entre as línguas germânicas e as românicas Tabela 2- Características das diferentes camadas da atmosfera Tabela 3- Gases atmosféricos (SEINFELD e PANDIS, 1998) Tabela 4- Relação entre o número de electrões desemparelhados, o spin resultante e a multiplicidade (LEE, 1977) Tabela 5- Classificação da radiação ultravioleta (VANLOON e DUFFY, 2000) Tabela 6- Razões de mistura dos radicais hidroxílo e hidroperoxílo determinadas in situ Tabela 7- Características dos CFCs comuns (VANLOON e DUFFY, 2000) Tabela 8- Alternativas aos CFCs Tabela 9- Elementos relativos aos artigos usados: autor, ano e amostra Tabela 10- Concepções alternativas associadas aos conceitos: Ozono, Camada de Ozono e Buraco na Camada de Ozono Tabela 11- Concepções alternativas sobre a função da Camada de Ozono Tabela 12- Concepções alternativas sobre os factores responsáveis pelo Buraco na Camada de Ozono Tabela 13- Concepções alternativas sobre as consequências do Buraco na Camada de Ozono Tabela 14- Concepções alternativas sobre a origem dos CFCs Tabela 15- Concepções alternativas sobre as consequências do uso dos CFCs Tabela 16- Concepções alternativas sobre os conceitos: radiação visível e radiação ultravioleta XIV

11 Tabela 17- Vantagens do trabalho experimental Tabela 18- Limitações do trabalho experimental Tabela 19 Questão, objectivos e síntese da introdução teórica dos três protocolos experimentais (PE) Tabela 20- Possíveis contribuições para a aprendizagem Tabela 21- Possíveis contribuições para a função do professor Tabela 22- Vantagens do uso do multimédia e das simulações computacionais Tabela 23- Limitações do uso do multimédia e das simulações computacionais Tabela 24- Ferramentas multimédia sobre a camada de ozono Tabela 25- Vantagens e desvantagens das perguntas abertas e das perguntas fechadas Tabela 26- Características dos três grupos Tabela 27- Parâmetros estatísticos relativos aos testes à disciplina de Ciências Físico- Químicas dos diferentes grupos antes do ensino diferencial Tabela 28- Parâmetros estatísticos relativos aos diferentes alunos (desde o aluno A ao aluno G) antes do ensino diferencial Tabela 29- Ganhos residuais corrigidos médios Tabela 30- Ganhos residuais corrigidos por aluno Tabela 31 e Tabela 32- Cálculo de estatísticas Tabela 33- Comentários dos alunos que surgem na pergunta aberta existente no questionário Tabela 34- Avaliação da capacidade das diferentes abordagens para superar algumas das CA s existentes sobre este tema XV