UTILIZAÇÃO DO SOFTWARE PHET SIMULATION COMO FERRAMENTA DE ENSINO EM AULAS DE FÍSICO-QUÍMICA DO CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA

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1 UTILIZAÇÃO DO SOFTWARE PHET SIMULATION COMO FERRAMENTA DE ENSINO EM AULAS DE FÍSICO-QUÍMICA DO CURSO DE LICENCIATURA EM QUÍMICA Apresentação: Comunicação Oral SIQUEIRA, D. R. M. 1 ; SANTANA, J. M. 2 ; DE MELO, E. F. 3 Resumo O presente trabalho foi realizado em uma turma do 6ª período do Curso de Licenciatura em Química do IFPE campus Vitória de Santo Antão, no componente curricular de Química Analítica I. Com o intuito de promover aos futuros docentes uma alternativa para tornar o Ensino de Química menos monótona, visto que, no Ensino Médio os conteúdos muitas vezes são abordados de maneira descontextualizada, o que acaba desestimulando os estudantes. Nessa perspectiva, a pesquisa realizada teve como proposta a utilização do software PhET Interactive Simulations disponível gratuitamente na internet, para a abordagem dos temas de soluções, precipitação e constante de equilíbrio de sais pouco solúveis (KPs). A escolha desse recurso aconteceu através do embasamento teórico sobre as contribuições das Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) no ambiente escolar, e por esse software possibilitar simulações interativas que permitem ao usuário estabelecer conexões entre fenômenos reais e a ciência básica, através simulação de experimentos propostos e da formulação de seus próprios questionamentos. Dessa forma, o procedimento da coleta dos dados foi desenvolvido da seguinte maneira: (I) Foi aplicado um questionário contendo questões sobre a relação do entrevistado com as novas TIC; (II) Em seguida, foi realizada a demonstração do software PhTE; (III) Por fim, foi feita a aplicação de um segundo questionário acerca da apreciação do software educativo. Com base nos resultados obtidos através dos dois questionários e da aplicação do software, notou-se que os alunos mostraram-se interessados e receptíveis quanto ao uso do computador e das simulações propostas através do software educacional, visto que, o mesmo possibilitava a visualização do fenômeno da dissociação de partículas em soluções aquosas a níveis microscópicos. Palavras-Chave: química; software; solubilidade; Introdução A sociedade passa por constantes transformações e o meio acadêmico necessita acompanhar essas grandes mudanças que vem ocorrendo. Visto que, muitos estudantes tanto do nível médio, quanto da graduação sentem dificuldades em ter uma boa compreensão dos conteúdos de Química que são abordados em sala de aula, por esses conceitos serem muitas vezes abstratos, uma vez que a química é uma ciência que trata da influência do mundo microscópico nas propriedades dos fenômenos observados macroscopicamente. 1 Licenciatura em Química, IFPE, danilo-dd88@hotmail.com 2 Licenciatura em Química, IFPE, julianesantanaa@hotmail.com 3 Doutorado, IFPE, etelino@gmail.com

2 Uma justificativa para isso é que, na maioria das vezes, não há uma relação entre os conteúdos e o cotidiano dos discentes, fazendo com que os mesmos apenas imaginem determinadas situações, dificultando assim, o processo de ensino-aprendizagem. Por isso, é necessário um ensino que não seja limitado apenas a conceitos, mas que provoque o interesse do aluno pelo tema que está sendo abordado em aula, levando-o a reconhecer as potencialidades da ciência para as exigências da sociedade atual (MOREIRA, 2006). Estudos presentes na literatura têm mostrado que o uso de novas tecnologias facilita o processo de ensino-aprendizagem, e que a implementação dessas Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) nas escolas representa um dos maiores desafios de inovação pedagógica, uma vez que, o ensino tradicionalista ainda é muito presente nos dias atuais na maioria das salas de aula, em contratempo, essas novas tecnologias surgiram há pouco tempo. Tornando-se um desafio no ensino das ciências a utilização desses recursos por parte dos professores, pois, muitos docentes mostram-se resistentes para adequar esses recursos em suas aulas, seja por insegurança, falta de conhecimento ou estímulo (LEVY, 2005). A maioria dos discentes sentem dificuldades em aprender química, nos diversos níveis de ensino, devido principalmente à forma como os conteúdos são apresentados aos estudantes, infelizmente, as metodologias predominantes tendem a ser monótonas e extremamente abstratas. Boa parte dos professores não procura alternar as aulas tradicionais com outras metodologias mais atraentes e eficientes que torne processo de ensino-aprendizagem de química mais agradável. Entretanto, de acordo com alguns estudos, a utilização de recursos que empreguem o uso de imagens e modelos que auxiliem na construção do conhecimento pode ser um mecanismo de fundamental importância no processo de aprendizagem em química. Neste contexto a Química Computacional surge como uma alternativa para minimizar a distância entre os conteúdos da Química e o aluno, proporcionando uma maneira alternativa de entender diversos conceitos da química (ZANON, 1995). Segundo a IUPAC A química computacional é uma disciplina que faz uso de métodos matemáticos para calcular propriedades moleculares ou para simular o comportamento molecular. A utilização de softwares de simulação tem surgido como uma nova opção para o ensino da química, visando substituir as representações pictóricas, esquemáticas e os modelos estáticos anteriormente utilizados por ferramentas que proporcionam visualização de representações de modelos dinâmicos, proporcionando condições aos alunos de desenvolverem a compreensão conceitual dos estudos, sem que haja apenas o uso mecânico dos conceitos que envolvem os fenômenos estudados (MELO, 2005). O projeto PhET Interactive Simulations (Physics Education Technology) é uma iniciativa da

3 Universidade do Colorado cujo objetivo é prover um pacote de simulações que possam auxiliar no modo como as Ciências (física, química, matemática, biologia) são ensinadas e aprendidas. As simulações são ferramentas interativas que permitem ao usuário estabelecer conexões entre fenômenos reais e a ciência básica, através da formulação de seus próprios questionamentos (ZARA, 2011). O PhET é disponibilizado na Internet gratuitamente. O ambiente de simulação pode ser executado diretamente na Internet ou um pacote de instalação (disponível para diferentes sistemas operacionais) baixado e instalado em máquinas locais (MEDEIROS, 2002). Sendo assim, o presente trabalho apresenta reflexões baseadas na experiência do uso do PhTE Simulation, para o ensino de solubilidade. O estudo foi desenvolvido com discentes da disciplina de Analítica I do Curso de Licenciatura em Química do IFPE- campus Vitória de Santo Antão. Envolvendo os temas de soluções, precipitação, constante de equilíbrio de sais pouco solúveis (KPs). O objetivo deste estudo foi de verificar se o software PhTE Simulation pode facilitar o processo de ensino-aprendizagem na visão dos discentes de Licenciatura em Química. Fundamentação Teórica Com o passar dos anos é crescente o número de estudos feitos sobre a busca de um novo paradigma educacional em resposta as transformações decorrentes do desenvolvimento cientifico e tecnológico. E levando em consideração que a informática já faz parte do nosso dia a dia, a mesma começou a ser incluída no meio educacional, devido a sua frequência de uso e eficiência, passando a ser considerado um dos instrumentos que podem contribuir para o processo de ensinoaprendizagem ocorrer de maneira mais significativa, por ser uma ferramenta de auxilio e reforço para uma melhor assimilação do conhecimento (JOLY, 2002; SILVA et al., 2005). Entretanto, a educação convencional ainda é a mais utilizada na maioria dos colégios e instituições de ensino de todo o país. E essa era da comunicação surge para possibilitar novas estratégias didáticas e metodologias de ensino, uma vez que a presença de elementos tecnológicos pode facilitar a forma com que o conhecimento é abordado em sala de aula. Algumas das possibilidades que podem ser utilizadas no ambiente escolar como instrumentos facilitadores do aprendizado são baseados em computadores, internet, softwares, televisão, jogos eletrônicos, etc., como meios para criar, construir e intercambiar o conhecimento (FILATRO, 2003; BARRETO, 2004). E apesar desses pontos positivos os sistemas educacionais em todo mundo enfrentam um dos maiores desafios para se fazer a implementação das TICs nas escolas. Uma escola que não integre os novos meios informativos corre o risco de se tornar retrógrada. Como diz Adell (1997) as

4 Tecnologias de Informação e Comunicação não são mais uma ferramenta didática ao serviço dos professores e dos alunos, elas são e estão no mundo onde crescem os jovens que ensinamos. Segundo Correia (2005) o uso das TICs no ensino das Ciências Físico-Químicas, em particular, tem sofrido algumas evoluções. Se inicialmente os computadores eram usados nos cálculos científicos (simulações, análise numérica, etc.) e como auxiliares de elaborações teóricas, hoje eles são usados em tempo real na aquisição de dados e como controladores de experiências. Salientando o uso cada vez mais frequente de sistemas periciais quer na investigação, quer no ensino. A autora ainda relata que a simulação computacional ajuda na compreensão dos fenômenos naturais, entretanto, não exclui a fundamental importância do professor como facilitador do processo de ensino-aprendizagem. E destaca que uma simulação computacional não substitui a experiência laboratorial; como as suas potencialidades são diferentes, a sua utilização deve ser complementar, uma vez que o aprender fazendo ainda é o processo com o qual o aluno terá maior eficiência em sua aprendizagem. A conscientização da escola é essencial quando ainda há a predominância do pensamento que o simples transmitir de conhecimento é o suficiente, todavia isso é o mínimo, pois, os aluno muitas vezes buscam informações fora do ambiente escolar. Para que a escola se torne mais atraente para o estudante, terá que lhe proporcionar os meios necessários para aprender a obter a informação, para construir o conhecimento e para adquirir competências. No sentido de se ter uma ideia dos recursos digitais que já existem, tais como simulações computacionais on-line referentes ao conceito de solubilidade, executamos uma pesquisa na Internet sobre o assunto. Embora, verificamos uma escassez destes recursos, o que significa que de algum modo, ainda há um longo caminho a percorrer nesta área da química. Para este trabalho foi utilizado o PHET- Interactive Simulations que está disponibilizado na Internet através do site O conceito de solubilidade é primordial para a compreensão do tema de soluções. Conceito esse que é definido como a capacidade que uma substância tem de se dissolver espontaneamente em outra substância denominada solvente, sendo representada por S. Na ausência de indicações contrárias, admite-se que o solvente é a água e a temperatura é de 25 C. As soluções de acordo com a suas concentrações em relação ao coeficiente de solubilidade podem ser classificadas como (FELTRE, 2004): Soluções saturadas são aquelas em que a concentração do soluto é igual ao limite de solubilidade; Soluções insaturadas são aquelas em que a concentração do soluto é menor que a sua solubilidade;

5 Soluções saturadas com corpo de fundo são aquelas que, em algumas condições, apresentam uma concentração de soluto temporariamente maior que a sua solubilidade. Os equilíbrios de solubilidade são reações que envolvem a dissolução e a formação de um sólido (precipitado) a partir de uma solução. Os dois processos competitivos, solubilidade e precipitação, estabelecem um equilíbrio termodinâmico o qual é deslocado na direção do produto de menor energia. Neste equilíbrio, ocorre uma constante alteração de partículas de soluto na superfície do sólido. Quando se estabelece um estado de equilíbrio pode-se aplicar a lei das atividades e o equilíbrio pode ser expresso através de uma constante de equilíbrio. Esta constante de equilíbrio também deve estar relacionada com a solubilidade do sólido na fase líquida. Walther H. Nernst chamou a esta constante de equilíbrio produto de solubilidade, Kps (SANTOS, 1990) Metodologia Entrelaçando o conhecimento teórico com o metodológico, traçamos como base uma pesquisa de campo de caráter qualitativa desenvolvida com 9 estudantes da turma do 6ª período do curso de Licenciatura em Química do Instituto Federal de Pernambuco Campus Vitória de Santo Antão, no componente curricular de Química Analítica I. Inicialmente, foi realizada a revisão bibliográfica sobre a utilização de ferramentas computacionais no ensino das ciências, buscando relatos de experiências que pudessem nortear a construção da fundamentação teórica. Em seguida, foi feita uma ampla pesquisa a cerca de softwares gratuitos destinados especificamente ao Ensino de Química. Através da busca na internet foi selecionado o software de simulações PhET- Interactive Simulations disponível no site: por este possibilitar simulações interativas que permitem ao usuário estabelecer conexões entre fenômenos reais e a ciência básica, através da simulação de experimentos propostos e da formulação de seus próprios questionamentos. Na fig.1 podemos verificar a interface do programa que é altamente intuitiva e agradável de ser utilizada.

6 Figura 1- Dissociação de um sal de mesa Ainda de acordo com fig.1 a qual podemos observar a dissociação do cloreto de sódio (NaCl) utilizando o software PhTE, o aluno poderá visualizar o fenômeno de como ocorre o processo de dissociação e solubilização iônica. Com isso é possivel trabalhar a dissociação em soluções saturadas, insaturadas e saturadas com corpo de fundo. Dessa forma, o procedimento da coleta dos dados foi desenvolvido: (I) Foi aplicado um questionário contendo questões sobre a relação do entrevistado com as novas TIC; (II) Em seguida, foi realizada a demonstração do software PhTE; (III) Por fim, foi feita a aplicação de um segundo questionário acerca da apreciação do software educativo. Em anexo podemos verificar os questionários aplicados. Resultados e Discussão Com base nos dados obtidos no questionário realizado nos estudantes antes da demonstração do software, notou-se que 77,7% atuam na área da docência através do Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID) e aulas de reforço. E que apenas 22,3% ministram aulas de acordo com a formação de química, visto que, a maioria costuma lecionar aulas de matemática e ciência em alunos do 5ª ao 9ª ano. Porém quanto à questão de que se eles costumavam ter aulas com a utilização das Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC), todos responderam positivamente. Entretanto, ao serem questionados sobre qual o grau de segurança e a vontade no manuseamento das TICs por meio dos docentes, os discentes classificaram entre mediano e bom, visto que, nem sempre os professores estão preparados para o uso desses recursos, e que as vezes, aconteciam contratempos como falta de internet e/ou aparelhos eletrônicos, impossibilitando a práticas diferentes das convencionais.

7 Ao serem indagados sobre o uso de internet em suas aulas, 67% informaram que ainda não realizaram nenhuma intervenção desse tipo, devido ao fato de que a escola em que trabalham não possui conexão de rede sem fio e/ou sala de informática disponível para execução de atividades virtuais. Na fig. 2 pode ser observado um gráfico em pizza que demostra o percentual de discentes que responderam se utilizavam internet em sala de aula. Figura 2: Percentual dos alunos de Licenciatura em Química que utilizam a internet em suas aulas. IFPE Campus Vitória de Santo Antão USO DA INTERNET EM SALA DE AULA Sim Não 33% 67% Ainda de acordo com a fig. 2, notamos que 33% dos estudantes de licenciatura alegaram que utilizam a internet com o intuito de facilitar a transmissão de conhecimentos e de tornar a aula mais atrativa e menos monótona. Além disso, o uso de vídeos, imagens e simuladores virtuais permitem que seus alunos se mostrem mais interessados e atentos aos conteúdos expostos. Outro ponto destacado por eles é que o uso das TICs proporciona um melhor aproveitamento do tempo, e que o uso delas no ensino de Química é bastante significativo, pois, alguns conceitos são um tanto quanto abstratos e que esse tipo de software permite que o aluno possa visualizar a simulação de como os fenômenos ocorrem a nível microscópico. Após as perguntas iniciais, foi realizada uma revisão sobre o conteúdo de solubilidade através de uma apresentação multimídia aplicando os conceitos por meio das apresentações de slides. Em seguida foi aplicada a demonstração do uso do software de simulações PhET no conteúdo de solubilidade. Esse software possibilita que os estudantes manipulem (por meio de simulação) o preparo de soluções, utilizando diferentes solutos e com isso, além de analisar as concentrações, também é possível avaliar os diferentes coeficientes de solubilidade apresentado pelos solutos (KAFER & MARCHI, 2014). Após a demonstração da dissociação do NaCl e do Sulfeto de Tálio (Tl2S), explanamos que na medida em que o sal estava sendo adicionado ele era dissolvido, porém após um limite da

8 quantidade de soluto adicionado haveria a formação do corpo de fundo. E que este por sua vez estaria em equilíbrio com a solução. Nesse caso o sal havia atingido o seu coeficiente de solubilidade. Além da simulação descrita o programa permite criar um sal qualquer com base no valor do produto de solubilidade (Kps), proporcionado assim que os discentes possam visualizar o comportamento desse sal na água. Para a demonstração, realizamos o cálculo do Kps do Sulfeto de Tálio (Tl2S) utilizado anteriormente, o qual revelou um Kps calculado de 6,728 x e descrito a seguir: Reação: Tl2S 2 Tl + + S 2- (Tl + ) 1 mol 6 x (partícula) X 7 X = 1,16 x (S 2- ) 1 mol 6 x (partícula) X 3 X = 3 / 6x10 23 = 5x10-24 Cálculo da concentração de Tálio [Tl] = 1,16x10-23 / 1x10-16 = 1,16 x 10-7 Cálculo da concentração de Sulfeto [S 2- ] = 5 x 10-8 KPs = [Tl + ] 2 x [S 2- ] KPs = 6,728 x O valor de referência do Kps do Tl2S na literatura é de 5 x10-22 (VOGEL, 1981). O que está bem próximo do valor calculado pela simulação. Isso revela que este programa pode ser utilizado de forma quantitativa para a abordagem do conceito de Kps. Por fim, aplicamos um segundo questionário contendo indagações de acordo com a apreciação dos estudantes em relação ao software educativo. Todos os discentes relataram que gostaram do recurso apresentando, e que utilizariam esse tipo de TIC em suas aulas, e afirmando ainda que o mesmo poderia ser utilizado como uma ferramenta para trabalhar o tema de solubilidade. Por fim os entrevistados destacaram que o simulador possibilita a criação de diversas dissoluções com concentrações e volumes diferentes, e que nos permite visualizar de forma microscópica o que está acontecendo na solução. E em relação aos pontos fracos, alguns sentiram falta de o software não permitir fazer simulações com diferentes temperaturas.

9 Conclusões Com base nos resultados obtidos através dos questionários e da aplicação do software, notou-se que os discentes mostraram-se interessados e receptíveis quanto ao uso do computador e das simulações propostas através do software educacional, visto que, o mesmo possibilitava a realização de vários tipos de soluções, em volumes e concentrações diferentes. Além de proporcionar que os mesmos pudessem visualizar o que de fato acontece quando determinados solutos são dissolvidos. Com isso, entendemos que o uso de computadores e de softwares como ferramentas alternativas auxiliam de maneira significativa no processo de ensino-aprendizagem, tanto para a revisão de conteúdos já abordados em sala de aula, quanto também para uma avaliação dos mesmos por parte dos professores, uma vez que o software possibilita identificar quais os conceitos e/ou conteúdos os alunos apresentam maior dificuldade, proporcionado assim que o professor possa traçar novas metodologias a fim de suprir essas dificuldades. Anexos Questionário 1: Parte I - Identificação do entrevistado 1. Que idade tem? (Registar sexo masculino ou feminino) 2. Qual é a sua categoria profissional? 3. Você já atua na docência? Parte II Relação do entrevistado com as novas tecnologias de informação e Comunicação 4. O que é TIC? 5. Costuma ter aulas com a utilização das Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC)? 6. Se a resposta anterior foi sim, qual o grau de segurança e à vontade no Manuseamento das TIC por parte dos docentes? 7. Você utilizaria a Internet nas suas aulas? Por quê?

10 8. Como você associa ao uso das TIC, em geral? E na química em particular? Questionário 2: Parte III Apreciação do software educativo 9. Considera que este recurso multimídia é uma ferramenta útil na introdução do tema solubilidade? 10. Gostou do recurso? 11. Refira pontos fracos e pontos fortes. 12. Você utilizaria esse TIC em uma aula sua? 13. Considera haver um conflito entre este tipo de recursos e o incentivo à prática laboratorial em química? Referências ADELL, J. Tendências na educação e na sociedade das tecnologias da informação. Revista eletrônica de tecnologia educativa, BARRETO, R.G. Tecnologia e educação: trabalho e formação docente. Educação & Sociedade, Campinas, v. 25, n. 89, p , CORREIA, J.B.A. Estereoscópica Digital no Ensino da Química, Tese de Mestrado em Educação Multimídia, PCUP; Porto, FILATRO, A. C. Design Instrucional Contextualizado: educação e tecnologia. São Paulo: Ed. Senac, FELTRE, R. Físico-Química. 6ª edição. São Paulo: Editora Moderna, p JOLY, M. C. R. A. A Tecnologia no Ensino: Implicações para a aprendizagem. São Paulo: Ed. Casa do Psicólogo, 2002.

11 KAFER, G. A.; MARCHI, M. I. Utilização do Software de Simulações PhET como estratégia didática para o ensino dos conceitos de soluções. Centro universitário UNIVATES. Programa de Pós-Graduação em Ensino de Ciências Exatas Mestrado, LÉVY, P. As Tecnologias da Inteligência O Futuro do Pensamento na Era Informática. Lisboa: Instituto Piaget, MEDEIROS, A.; MEDEIROS, C. F. Possibilidades e limitações das simulações computacionais no ensino da química. Revista Brasileira de Ensino de Química, v. 24, n. 2, MELO, E.S.N.; MELO, J.R.F. Softwares De Simulação No Ensino De Química Uma Representação Social Na Prática Docente Educação Temática Digital, v.6, n.2, p.43-52, MOREIRA, C.I.F. Recursos digitais para o ensino sobre solubilidade. Faculdade de ciências da universidade do porto. Departamento de química, SANTOS, M. Fundamentos epistemológicos do ensino das Ciências. Comunicação apresentada no CIFOP. Universidade de Aveiro, SILVA, H.; JAMBEIRO, O.; LIMA, J.; BRANDÃO, M. A. Inclusão Digital e Educação para a Competência Informacional: uma Questão de Ética e Cidadania. Ciência da Informação, Brasília, v. 34, n. 1, p.28-36, VOGEL, A. I. Química Analítica Qualitativa. 5 ed. Mestre Jou, ZANON, L.B.; PALHARINI, E.M. A química no ensino fundamental de ciências. Revista Química Nova na Escola, n. 2, p.15-18, nov ZARA, R. A. Reflexão sobre a eficácia do uso de um ambiente virtual no ensino de Física. II ENINED - Encontro Nacional de Informática e Educação, ISSN: