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7 ESTUDO DIRIGIDO l É uma atividade realizada pelos alunos, com roteiros previamente traçados pelos professor, conforme as necessidades do aluno ou da classe. l Parte da leitura de um texto escolhido pelo professor, tratando-se, porém de uma leitura ativa e não passiva. l O aluno (individualmente ou em grupo) terá de trabalhar bastante no texto e na exploração do conteúdo do texto.

8 Para que é útil l Motivar os alunos (depende do texto). É um desafio à capacidade analítica e criadora do aluno. l Desenvolve a capacidade analítica, pois a compreensão do texto é alcançada pela análise cuidadosa do mesmo. l Ensina a integrar idéias, já que se espera que os alunos organizem suas idéias na síntese final. l Desenvolve a capacidade de observar e avaliar (consciência crítica). RESUMINDO:ENSINA A ESTUDAR E A APRENDER, AO MESMO TEMPO EM QUE ENSINA A MATÉRIA EM QUESTÃO.

9 AS ETAPAS SÍNCRESE Solicitar ao aluno uma visão global, sincrética, do texto, mediante normas simples oferecidas pelo professor. Os alunos observam os títulos e subtítulos, adquirindo uma visão da estrutura ou organização do trabalho a estudar. ANÁLISE O professor formula questões claras e simples para serem respondidas seja com base no texto, seja interpretando a ideia ou intenção do autor, associando ideias, exercitando o raciocínio e a imaginação e desenvolvendo a criatividade. SÍNTESE Com base no que o aluno leu e assimilou, o professor propõe problemas práticos a serem resolvidos, Além disso solicita conclusões do aluno, sobretudo quando for possível a pesquisa complementar.

10 A PESQUISA CIENTÍFICA A. J. ALVES-MAZZOTI e GEWANDSZNAJDER, F., O Método nas Ciências Naturais e Sociais. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2004.

11 PROBLEMAS l l l l l l Sua percepção deflagra: o raciocínio e a pesquisa. Levam-nos a: formular hipóteses e realizar observações. Podem ser de: importância prática ou básica (teórica). Sua descoberta quase nunca é casual. Podem surgir de: Conflitos entre resultados (observações/ experimentos) e as previsões (teorias). Lacunas nas teorias. Incompatibilidade entre duas teorias. Um conjunto de teorias funciona como conhecimento base de onde surgem os problemas. Hipóteses e teorias orientam as observações e os testes a serem realizados.

12 EXPLICAÇÕES CIENTÍFICAS l São: Generalizações; Leis; Teorias; São premissas de argumentos lógicos, a partir dos quais possamos inferir a ocorrência de determinados fenômenos.

13 19) Dê dois exemplos de explicações dedutivas semelhantes à apresentada na pág. 67. Metais se dilatam com o aquecimento. O cobre foi aquecido Todos os seres vivos são mortais. Logo, o cobre se dilatou. Nós somos mortais. Logo, somos seres vivos. O medicamento auxilia a recuperação dos doentes. Os doentes estão melhores. Logo, os doentes tomaram remédio. Quando aumenta a temperatura da água dos lagos diminui a solubilidade de gases na água, peixes morrem. A temperatura do lago aumentou. Logo, peixes morreram.

14 20) Na página 69 lemos: Para a física atual, quando um fenômeno macroscópico resultar de um grande número de eventos microscópicos de caráter indeterminado, ele poderá ser explicado por leis estatísticas. Aplique esta afirmação para explicar: 20.1) A passagem de calor de um sólido quente mergulhado em um líquido mais frio. 20.2) Um recipiente fechado contendo éter líquido em equilíbrio com seu vapor.

15 20.1) A passagem de calor de um sólido quente mergulhado em um líquido mais frio. O sólido quente apresenta suas moléculas com alta energia contrariamente a baixa energia das moléculas do líquido frio. Através de choques a energia é transferida e um energia geral comum é alcançada atingindo uma temperatura de equilíbrio. A passagem de calor é o evento macroscópico resultante da transferência de energia cinética da agitação das moléculas que é o evento microscópico. A passagem de calor do sólido quente para o líquido frio (feno. macro.) resulta de inúmeros eventos microscópicos onde as moléculas do sólido vibram com mais intensidade e chocam-se com as moléculas do líquido, transferindo-lhes energia.

16 20.1) A passagem de calor de um sólido quente mergulhado em um líquido mais frio. Após inserir vários corpos quentes em líquidos frios, verificamos que esses corpos esfriam e os líquidos esquentam até ficarem estáveis (líquido com a mesma temperatura do corpo). Ou seja, a lei estatística nos diz que o corpo se esfriará e o líquido ficará mais quente, mas não sabemos quais moléculas que terão suas temperaturas modificadas. As partículas do sólido quente tendem a transferir energia para o líquido, mas não há como saber quais delas transferem calor e se todas transferem a mesma quantidade de calor. Só há como saber o resultado geral, que é a quantidade total de calor transferido.

17 21) Considere as seguintes hipóteses: 21.1) hipótese de Avogadro. 21.2) hipótese de Bohr para o átomo de hidrogênio. Em cada um destes casos aplique a definição de hipótese presente na página 70, indicando de maneira clara: quais são variáveis presentes; quais são as relações entre as mesmas; cite uma ou mais consequências destas hipótese e tente propor um experimento ou condição observável que possa refutar estas hipóteses.

18 21.1) hipótese de Avogadro. Volumes iguais de gases na mesmas condições de temperatura e pressão têm números iguais de moléculas. aplique a definição de hipótese presente na página 70 se A, então B Hipótese = uma relação hipotética entre duas variáveis Se o gás A tem o mesmo volume do gás B, e os dois estão nas mesmas condições de P e T, então A e B têm o mesmo número de moléculas. quais são variáveis presentes? Pressão, temperatura, volume e número de moléculas.

19 quais são as relações entre as mesmas? Se o gás A tem o mesmo volume do gás B, e os dois estão nas mesmas condições de P e T, então A e B têm o mesmo número de moléculas. Dados dois gases A e B a mesmo P e T. Se V A =V B, então, n A =n B Conseqüências: - Explica a lei de Gay-Lussac (lei dos volumes que se combinam) Se P e T são constantes, volumes dos gases sempre se combinam em razão expressa por pequenos números. 50 ml de O mL de H 2 à 100 ml de H 2 O

20 Consequências: - Lei de Avogadro: O volume de um gás a certa P e T é proporcional a n (quantidade em mols). V n ou V = C n - Determinar a estequiometria de reações gasosas: 50 ml de O mL de H 2 à 100 ml de H 2 O O H 2 à 2 H 2 O -Lei dos gases ideais: PV = nrt junto com: Lei de Boyle V 1/P Lei de Charles - V T

21 propor um experimento ou condição observável que possa refutar estas hipóteses. Qualquer experimento ou observação que possa refutar (qualitativa ou quantitativamente) a hipótese ou suas conseqüências diretas. Se o gás A tem o mesmo volume do gás B, e os dois estão nas mesmas condições de P e T, então A e B têm o mesmo número de moléculas. 22) A hipótese de Avogadro pode ser hoje considerada uma lei ou é ainda uma hipótese? Por que?

22 HIPÓTESE l l l l l l São suposições, conjecturas, palpites, soluções provisórias que tentam resolver um problema. Contém previsões sobre o que deverá acontecer em determinadas condições. Deve ser passível de teste, através de: observações ou experiências. Deve ser compatível com pelo menos com uma parte do conhecimento científico. Procura estabelecer relação entre fenômenos. É uma relação hipotética entre duas variáveis do tipo: se A, então B (se ocorre fenômenos do tipo A, então ocorre fenômenos do tipo B) Isto permite que seja testada (refutada). Se não ocorrer B a hipótese é refutada.

23 23) Enuncie as leis abaixo indicadas. Em cada caso, represente-as na forma de proposições como as apresentadas no texto (pág. 70 e 71): Em todos os casos em que se realizam condições da espécie F, realizam-se condições da espécie G ) Primeira lei da Termodinâmica. Em um sistema isolado (F), a energia total permanece constante (G). Sempre que uma transformação corre em um sistema isolado (F), a energia total do sistema permanece constante(g). Compare com a definição de hipótese da p. 70: se A, então B

24 Para as quatro leis acima, monte uma tabela que apresente: as variáveis envolvidas; as relações entre as variáveis e a expressões matemáticas que as expressam ) Primeira lei da Termodinâmica. Em um sistema isolado, a energia total permanece constante. ΔU = 0 Lei Variáveis Relações entre variáveis Expressões matemáticas Primeira lei da Termodinâmica Energia, calor, trabalho Em um sistema isolado, a energia total permanece constante. ΔU = 0 Em um processo, a variação da energia de um sistema é dada igual ao trabalho e ao calor envolvido no processo. ΔU = w + q

25 Lei Variáveis Relações entre variáveis Expressões matemáticas Segunda lei da Termodinâmica entropia Se ocorrer uma transformação espontânea em um sistema isolado, ela ocorre com um aumento concomitante da entropia do sistema ΔS>0 Lei da conservação da massa massa Numa reação química que ocorre em sistema fechado, a massa total antes da reação é igual à massa total após a reação Σm R = Σm P Lei da ação e reação de Newton força A toda ação há sempre oposta uma reação igual, ou, as ações mútuas de dois corpos um sobre o outro são sempre iguais e dirigidas a partes opostas F A = -F B

26 LEI l É uma classe especial de hipótese (caráter geral). l Foram testadas e receberam apoio experimental. l Pretendem descrever relações ou regularidades encontradas em certos grupos de fenômenos. l Têm a forma de enunciados gerais: em todo o caso em que se realiza G, se verifica F. l Muitas podem ser expressas matematicamente (s = s o +vt) Expressa uma relação constante entre 2 ou mais variáveis. Lei quantitativa: limita o número de ocorrências possíveis. São mais restritivas. Fornecem mais informações sobre o mundo.

27 LEIS l Lei das proporções definidas de Proust: Em uma mesma reação química, seja ela qual for, as massas das substâncias participantes guardam entre si uma relação fixa l Lei da conservação das massas de Lavoisier: A soma das massas dos produtos da reação é constante, quando a reação se realiza em sistemas fechado.

28 LEIS CAUSAIS l Explicam fenômenos determinísticos (causa e efeito). l Geralmente podem ser expressas matematicamente (s = s o +vt, F = ma)

29 FENÔMENOS ALEATÓRIOS l Parecem ocorrer ao acaso. l Têm caráter aleatório l Não podemos prever um resultado particular (singular), mas somente prever um resultado médio de um conjunto (grande) de fenômenos. l São explicados por leis probabilísticas

30 LEIS ESTATÍSTICAS l Explicam os fenômenos aleatórios. l Possibilitam previsões apenas para um grande conjunto formado por um grande número de acontecimentos singulares e aleatórios. l Podemos prever o comportamento de uma multidão de indivíduos, mas não de cada indivíduo em uma multidão.

31 24) Construa um parágrafo que explique qual a relação entre a lei de Boyle e a teoria cinética dos gases. Use este exemplo para diferenciar lei e teoria. Lei de Boyle: O volume de um gás é inversamente proporcional à sua pressão em temperatura constante. P 1/V ou P = C B 1/V ou PV = C B Teoria Cinética dos gases: 1. Os gases são constituídos por moléculas (átomos) separadas por distâncias muito maiores que as suas próprias dimensões. 2. As moléculas de um gás estão em movimento contínuo, aleatório e rápido. 3. A energia cinética média das moléculas de um gás é proporcional à temperatura do gás. Todos os gases, independentemente das respectivas massas moleculares, têm energias cinéticas médias iguais, numa mesma temperatura. 4. As moléculas do gás colidem umas com as outras e com as paredes do recipiente onde está o gás, mas as colisões não provocam perdas de energia.

32 25.1) Identifique os conceitos primitivos e as leis básicas (princípios, axiomas ou postulados) desta teoria. (i) todo elemento químico é composto de pequenas partículas chamadas átomos; (ii) todo átomo de um mesmo elemento apresenta as mesmas propriedades; (iii) átomos de diferentes elementos têm propriedades químicas (massas) diferentes; (iv) durante uma reação química, nenhum átomo de determinado elemento desaparece ou se transforma em um átomo de outro elemento; (v) formam-se substâncias compostas quando se combinam átomos distintos de mais de um elemento; (vi) em um dado composto químico, os números relativos de átomos dos seus elementos são definidos e constantes e, em geral, podem expressar-se como inteiros ou frações simples; (vii) quando dois elementos se unem para formar uma terceira substância, presume-se que apenas um átomo de um elemento se combine com um átomo de outro elemento.

33 AXIOMA l premissa considerada necessariamente evidente e verdadeira, fundamento de uma demonstração, porém ela mesma indemonstrável, originada, segundo a tradição racionalista, de princípios inatos da consciência ou, segundo os empiristas, de generalizações da observação empírica [O princípio aristotélico da contradição ("nada pode ser e não ser simultaneamente") foi considerado desde a Antiguidade um axioma fundamental da filosofia.] (dicionário Houaiss) l Axiomas, princípios ou postulados são as leis básicas de uma teoria. l São usados para definir outras leis e princípios. l São o ponto de partida.

34 AXIOMA l Ex.: Na mecânica de Newton. Conceitos primitivos: força, velocidade, massa, etc. Axiomas: as três leis de Newton. l Axiomatizar uma teoria é especificar suas principais idéias e afirmações, isto é os conceitos primitivos, que são usados para definir outros conceitos, e as leis básicas (axiomas), a partir das quais podemos deduzir outras leis e hipóteses. (pág. 72) l Ajuda-nos a descobrir possíveis contradições dentro da teoria e incoerências entre teorias diferentes.

35 25.2) Quais dos postulados acima devem ser reformulados nos dias de hoje? Quais os dados conhecidos hoje que levam a esta reformulação? (vii) quando dois elementos se unem para formar uma terceira substância, presume-se que apenas um átomo de um elemento se combine com um átomo de outro elemento. Dalton, baseado no fato de que apenas um composto é formado pelos elementos H e O e convicto de sua hipótese arbitrária sobre a combinação dos elementos, determinou que água era HO. O que não corresponde ao nosso conhecimento atual (H 2 O, H 2 O 2 ) (i) todo elemento químico é composto de pequenas partículas chamadas átomos; Definição atual de elemento: Matéria que é constituída por apenas um tipo de átomo. Muitos compostos elementares se apresentam da forma de moléculas:f 2, H 2, O 2, S 8.

36 25.3) Quais leis conhecidas anteriormente são expressas pelo postulado (vi) e pelos postulados (i iv)? Estas leis ainda são válidas? Postulado vi: em um dado composto químico, os números relativos de átomos dos seus elementos são definidos e constantes e, em geral, podem expressar-se como inteiros ou frações simples Lei das proporções definidas de Proust: Em uma mesma reação química, seja ela qual for, as massas das substâncias participantes guardam entre si uma relação fixa. postulados (i iv): (i) todo elemento químico é composto de pequenas partículas chamadas átomos; (ii) todo átomo de um mesmo elemento apresenta as mesmas propriedades; (iii) átomos de diferentes elementos têm propriedades químicas (massas) diferentes; (iv) durante uma reação química, nenhum átomo de determinado elemento desaparece ou se transforma em um átomo de outro elemento. Lei da conservação das massas de Lavoisier: A soma das massas dos produtos da reação é constante, quando a reação se realiza em sistemas fechados.

37 Falamos em lei de Lavoisier e não e teoria de Lavoisier. Qual é a diferença? Poderíamos nos referir à lei da conservação das massas numa transformação química como teoria da conservação das massas? Dalton apresentou em 1808 a lei das proporções múltiplas. Essa lei pode ser derivada de algum desses princípios? Considere os seguintes resultados experimentais a) 1,00 g de C reage com 1,33 g de O formando 2,33 g de produto. b) 1,00 g de C reage com 2,66 g de O formando 3,66 g de produto. A teoria atômica de Dalton explica esses resultados?

38 25.4) Há alguma semelhança entre algum destes postulados e ideias mais antigas sobre os átomos? Quais? Não. Pelos postulados i e ii, podemos ser levados a pensar que o átomo de Dalton guarda alguma semelhança com o átomo dos filósofos gregos, no que diz respeito à indivisibilidade. (i) todo elemento químico é composto de pequenas partículas chamadas átomos; (ii) todo átomo de um mesmo elemento apresenta as mesmas propriedades; No entanto, podemos dizer que o conceito de átomo de Dalton é bem diferente do conceito de átomo dos gregos. São idéias diferentes sobre a natureza originadas em diferentes contextos. Dalton elabora uma teoria atômica não especulativa, mas científica em 1808, pois baseia-se em resultados experimentais quantificados. Suas hipóteses eram compatíveis com as leis empíricas conhecidas na época (Lavoisier e Proust).

39 MODELO l É constituído a partir da seleção de certos aspectos da realidade. l Representa uma situação idealizada e simplificada. l Apresenta as principais características do objeto. As que podem se medidas. l Pode ser usado para testar uma hipótese. l Tem aplicação limitada. Apresenta desvios da situação prevista ou da realidade. l Permite uma re-elaboração. Pode ser mais complicado, aproximando-se da realidade.

40 TEORIA CIENTÍFICA l l l l l l É o conjunto formado pela reunião do modelo com as leis e as hipóteses, interligados e coerentes. São formadas por leis mais gerais e profundas. Tentam penetrar em níveis mais distantes do nível da observação (requer mais abstração). Refere-se a objetos ocultos e desconhecidos A partir de leis mais gerais de uma teoria podemos deduzir outras leis de menor alcance. Leis muitas vezes descrevem regularidades. Teorias procuram explicar estas regularidades. É conjectural. Passível de correção e aperfeiçoamento, podendo ser substituída por uma nova capaz de explicar novos fatos.

41 O mito do cientificamente comprovado Beatriz Bohrer do Amaral TEDxLaçador (TEDxLaçador)

42 PRÁTICA DE ENSINO

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