UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE QUÍMICA
FRANCIELE TATIANA HAUPT
A UTILIZAÇÃO DE ORGANIZADORES PRÉVIOS PARA O ENSINO DE
ESTEQUIOMETRIA: UMA PROPOSTA DE UNIDADE DE ENSINO
POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVA
Porto Alegre, 2020.
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UEPS no ensino de Química: Estudo de reagentes limitantes em receitas culinárias, Notas de estudo de Cálculo
Um estudo sobre o uso da ueps (unidade de ensino e aprendizagem significativa) na ensino de química, especificamente sobre o ensino de reagentes limitantes. O documento analisa os resultados obtidos ao utilizar receitas culinárias como organizadores prévios e compara as frequências de erros cometidos pelos alunos ao resolver questões convencionais e com ingredientes culinários. Além disso, o documento descreve as atividades incluídas no estudo final e os resultados obtidos.
Tipologia: Notas de estudo
2022
1 / 96
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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE QUÍMICA
FRANCIELE TATIANA HAUPT
A UTILIZAÇÃO DE ORGANIZADORES PRÉVIOS PARA O ENSINO DE
ESTEQUIOMETRIA: UMA PROPOSTA DE UNIDADE DE ENSINO
POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVA
Porto Alegre, 2020.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE QUÍMICA
FRANCIELE TATIANA HAUPT
A UTILIZAÇÃO DE ORGANIZADORES PRÉVIOS PARA O ENSINO DE
ESTEQUIOMETRIA: UMA PROPOSTA DE UNIDADE DE ENSINO
POTENCIALMENTE SIGNIFICATIVA
Trabalho de conclusão apresentado junto à atividade de ensino “Trabalho de Conclusão de Curso - QUI” do Curso de Química, como requisito parcial para a obtenção do grau de Licenciada em Química Prof. Dra. Daniele Trajano Raupp Orientadora Porto Alegre, 2020
RESUMO
O desenvolvimento desse trabalho objetivou elaborar, aplicar e avaliar uma sequência didática denominada Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) para abordar o conteúdo estequiometria, utilizando como organizadores prévios ingredientes culinários. A proposta justifica-se pelo fato de a estequiometria ser considerada um dos tópicos mais difíceis de serem compreendidos pelos alunos, devido à necessidade do uso e interpretação de linguagens química, física e matemática. A forma como o conteúdo é comumente abordado, com enfoque no aspecto matemático em detrimento de uma interpretação química, levando a uma mecanização dos procedimentos para a solução dos problemas, também contribui para dificuldade de aprendizagem. Essa mecanização se opõe à teoria da aprendizagem significativa defendida por David Ausubel. Segundo sua teoria, novos conhecimentos interagem com conhecimentos prévios, sendo assim, o fator mais importante no ensino é estabelecer relações com que o aluno já sabe. A pesquisa caracterizada como estudo de caso de duas turmas do ensino médio ocorreu em duas etapas, primeiramente elaboração, aplicação e análise em turma piloto e posterior reestruturação para nova aplicação. Os dados foram coletados por meio de questionários, registros no diário de campo, bem como produções dos alunos (questionários, mapa conceitual, resolução de problemas). A análise dos dados foi baseada na análise de conteúdo e buscou identificar evidências de aprendizagem significativa (captação de significados, compreensão, capacidade de explicar e aplicar o conhecimento para resolver situações-problema). A análise dos resultados indica que o uso da UEPS facilitou o ensino do conteúdo e os resultados obtidos com uso de ingredientes culinários como organizadores prévios contribuiu principalmente para a introdução do conceito específico de reagente limitante, favorecendo a compreensão dos alunos sobre os aspectos matemáticos, físicos e químicos. Palavras-chave: estequiometria; aprendizagem significativa; organizadores prévios.
ABSTRACT
The development of this work aimed to elaborate, apply and evaluate a didactic sequence called Potentially Significant Teaching Unit (PMTU) to approach the stoichiometric content using previous culinary ingredients as organizers. The proposal is justified by the fact that stoichiometry is considered one of the most difficult topics to be understood by students, due to the need for the use and interpretation of chemical, physical and mathematical languages. The way the content is commonly approached, with a focus on the mathematical aspect at the expense of a chemical interpretation, leading to a mechanization of the procedures for solving the problems also contributes to learning difficulties. This mechanization is opposed to the theory of meaningful learning advocated by David Ausubel. According to his theory, new knowledge interacts with previous knowledge, so the most important factor in teaching is to establish relationships with what the student already knows. The research characterized as a case study of two high school classes took place in two stages, first elaboration, application and analysis in a pilot class and later restructuring for a new application. Data were collected through questionnaires, records in the field diary, as well as students' productions (questionnaires, conceptual map, problem solving). Data analysis was based on content analysis and sought to identify evidence of meaningful learning (capturing meanings, understanding, ability to explain and apply knowledge to solve problem situations). The analysis of the results indicates that the use of PMTU facilitated the teaching of the content and the results obtained with the use of culinary ingredients as previous organizers contributed mainly to the introduction of the specific concept of limiting reagent, favoring students' understanding of mathematical, physical aspects and chemicals. Keywords: stoichiometry; meaningful learning; previous organizers.
- 1 INTRODUÇÃO
- 2 OBJETIVOS
- 3 REVISÃO DE LITERATURA
- 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
- 4.1 A aprendizagem significativa
- 4.2 Unidade de ensino potencialmente significativa (UEPS)......................
- 5 METODOLOGIA
- 5.1 Caracterização da pesquisa
- 5.2 Caracterização da amostragem
- 5.3 Instrumentos de coleta de dados e análise de dados
- 6 ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
- 6.1 A organização da UEPS para o ensino de estequiometria
- 6.2 Análise do estudo piloto
- 6.2.1 Análise das questões
- 6.2.2 Avaliação da UEPS
- 6.3 Análise do estudo final
- 6.3.1 Análise comparativas dos mapas conceituais
- 6.3.2 Análise das questões
- 6.3.3 Avaliação da UEPS
- 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS
- REFERÊNCIAS................................................................................................
- APÊNDICE........................................................................................................
- Figura 1 - Seleção dos artigos.......................................................................... LISTA DE FIGURAS
- Figura 2 - Etapas da pesquisa..........................................................................
- Figura 3 - Registro da situação inicial
- Figura 4 - Receitas de bolo utilizadas na situação-problema inicial
- ensino de conceitos relacionados a reagente limitante e reagente em excesso Figura 5 - Receitas e questões utilizadas como organizadores prévios para o
- Figura 6 - Questões da prova envolvendo reagente em excesso e limitante
- resolução da questão com ingredientes culinários Figura 7 - Frequência dos erros cometidos pelos alunos da turma piloto na
- Figura 8 - Resolução da questão 9 da prova pela aluna E
- Figura 9 - Resolução da questão 9 da prova pelo aluno F
- Figura 10 - Resolução da questão 9 da prova pela aluna A
- Figura 11 - Resolução da questão 9 da prova pela aluna C
- resolução da questão convencional, com reação química (Questão 10) Figura 12 - Frequência dos erros cometidos pelos alunos da turma piloto na
- Figura 13 - Resolução da questão 9 da prova pela aluna D
- Figura 14 - Resolução da questão 9 da prova pela aluna L
- Figura 15 - Resolução da questão 10 da prova pelo aluno O
- Figura 16 - Resolução da questão 10 da prova pelo aluno R
- Figura 17 - Atividade com simulação para reagentes em excesso e limitantes
- reações Figura 18 - Atividade prática com pipocas como analogia ao rendimento de
- Figura 19 - Mapa conceitual inicial do grupo
- Figura 20 - Mapa conceitual final do grupo
- Figura 21 - Mapa conceitual inicial do grupo
- Figura 22 - Mapa conceitual final do grupo
- Figura 23 – Mapa conceitual inicial do grupo
- Figura 24 - Mapa conceitual final do grupo
- Figura 25 - Mapa conceitual inicial do grupo
- Figura 26 - Mapa conceitual final do grupo
- Figura 27 - Mapa conceitual inicial do grupo
- Figura 28 - Mapa conceitual final do grupo
- Figura 29 - Mapa conceitual final do grupo
- (estudo final)..................................................................................................... Figura 30 - Questões da prova envolvendo reagente em excesso e limitante
- resolução da questão com ingredientes culinários (Questão 7) Figura 31 - Frequência dos erros cometidos pelos alunos da turma final na
- Figura 32 - Resolução da questão 7 da prova pelo aluno
- Figura 33 - Resolução da questão 7 da prova pela aluna
- Figura 34 - Resolução da questão 7 da prova pela aluna
- Figura 35 - Resolução da questão 7 da prova pelo aluno
- resolução da questão convencional, com reação química (Questão 8) Figura 36 - Frequência dos erros cometidos pelos alunos da turma final na
- Figura 37 - Resolução da questão 8 da prova pela aluna
- Figura 38 - Resolução da questão 8 da prova pela aluna
- Figura 39 - Resolução da questão 8 da prova pela aluna
- Figura 40 -- Resolução da questão 8 da prova pela aluna
- Figura 4 1 - Resolução da questão 8 da prova pela aluna
10 potencialmente significativo (seja relacionável à estrutura cognitiva do sujeito) e que o aprendiz apresente predisposição para aprender (dispor de conhecimentos prévios/subsunçores necessários). Com o objetivo de modificar o modelo de ensino que tem sido baseado na memorização dos conteúdos e que proporciona uma aprendizagem puramente mecânica, Moreira (2011) propõe a construção de sequências de ensino denominadas Unidades de Ensino Potencialmente Significativas (UEPSs), que são pautadas em teorias que objetivam a aprendizagem significativa. Neste contexto, esse trabalho tem como questão de pesquisa: Como o uso de uma unidade de ensino baseada na teoria da Aprendizagem Significativa de David Ausubel para o ensino de estequiometria pode contribuir para o desenvolvimento deste conteúdo e para atenuar as dificuldades de aprendizagem dos alunos? Após esse capítulo introdutório, são apresentados no capítulo 2 os objetivos deste trabalho. O capítulo 3 apresenta a revisão de literatura a respeito das dificuldades de ensino e aprendizagem do conteúdo de estequiometria e as estratégias apresentadas para o ensino deste tópico. Em seguida, no capítulo 4 consta a fundamentação teórica que traz o aporte utilizado para a construção da unidade de ensino. No capítulo 5 é descrita a metodologia utilizada, iniciando pela caracterização da pesquisa, seguido da caracterização da amostragem e dos instrumentos de coleta e análise de dados empregados. No capítulo 6 são apresentadas as sequências didáticas utilizadas, seguido da análise e discussão dos resultados de cada uma das duas aplicações. Por fim, o capítulo 7 apresenta as considerações finais acerca do trabalho, seguido das referências utilizadas.
11 2 OBJETIVOS Investigar a elaboração e aplicação de uma sequência didática denominada Unidade de Ensino Potencialmente Significativa (UEPS) para abordar o conteúdo de estequiometria utilizando como organizadores prévios ingredientes culinários. Objetivos específicos a) Validar a UEPS com uma turma piloto para verificação das potencialidades e necessidades de adequação. b) Analisar as formas de contribuição da UEPS para o processo de ensino e aprendizagem dos conceitos de estequiometria.
13 2018). Obstáculos na resolução de problemas de estequiometria envolvendo um reagente limitante são relatados há décadas. Kalantar (1985) declara que, durante anos, seus alunos de química tiveram dificuldades neste tipo de problemas, especialmente em casos em que a estequiometria da reação não é de 1:1, mesmo compreendendo que as quantidades estequiométricas de reagentes eram exceção e não regra e apesar dos tratamentos geralmente claros apresentados nos textos. Muitos dos erros comuns cometidos pelos alunos ao determinar a quantidade de produto formado envolvem: reconhecer erroneamente o reagente que está em menor quantidade como sendo o reagente limitante; calcular a quantidade de produto como sendo um somatório das quantidades de reagentes, não considerando o rearranjos dos átomos nas moléculas durante a reação química; resolver o problema diretamente com quantidade em gramas, não convertendo para número de mols; não perceber que haverá algum excesso de reagente no final da reação; e não atribuir os coeficientes aos reagentes descritos (SOSTARECZ ; SOSTARECZ, 2012). Diversos autores apontam o ensino de estequiometria como um dos tópicos mais difíceis de serem compreendidos pelos alunos. Da Costa e Souza (2013) afirmam que a dificuldade dos alunos normalmente está relacionada à forma como o conteúdo é abordado, com enfoque no aspecto matemático em detrimento de uma interpretação química, levando a uma mecanização dos procedimentos para a solução de problemas envolvendo aspectos quantitativos dos fenômenos químicos. Com o objetivo de vencer esses obstáculos, Aguiar e Castilho (2019) propõem o uso de modelagem de estruturas moleculares para uma aprendizagem significativa em estequiometria, de forma semelhante ao proposto por Santos (2013). Araújo e Barroso (2011), por sua vez, discutem sobre a importância da aplicação de jogo pedagógico “passa e repassa” na aprendizagem do mesmo conteúdo curricular, enquanto que Da Costa e Souza (2013) também estudam a utilização de jogos didáticos como metodologia de ensino alternativa, porém agregando ao estudo o uso da contextualização. Um método para favorecer o domínio dos alunos a respeito de condições estequiométricas e não-estequiométricas são “analogias ilustradas” (LE MAIRE et al ., 2018). As analogias são bastante utilizadas no ensino de ciências, apresentando função explicativa, com uma explicação mais acessível para algo de difícil compreensão. Consiste no emprego ideias familiares a situações não familiares tendo
14 como função básica estabelecer relações entre as ideias (JUSTI; MENDONÇA, 2008). Segundo Gafoor e Shilna (2012), o uso de analogias é recomendado porque fornece uma ponte entre um conceito desconhecido e o conhecimento que os estudantes possuem, o que motiva os alunos e facilita a visualização de conceitos abstratos por comparações com objetos concretos. Para compreender as estratégias para o ensino e as dificuldades de aprendizagem relatadas por pesquisadores, principalmente dentro do contexto latino- americano, foi realizada uma revisão sistemática de literatura em periódicos nacionais compreendendo as etapas a) elaboração da pergunta de investigação, b) definição do método de busca, de c) determinação dos critérios de inclusão e exclusão de documentos, e d) análise da relevância da literatura encontrada para esse trabalho (SAMPAIO; MANCINI,2007). A pergunta de investigação, que norteou essa revisão foi: Quais as dificuldades e as estratégias relatadas para o ensino e aprendizagem de estequiometria? A busca por documentos foi executada em periódicos com Qualis A1 e A2 na área de ensino (quadriênio 2013-2016) além do periódico Química Nova na Escola, por constituir-se um importante meio de pesquisa para professores de química, em especial da Educação Básica (COLEN, 2012). A estratégia de busca utilizada foi utilizar as palavras-chave “cálculo estequiométrico or estequiomotria or stoichiometry” , tendo como escopo o texto completo. Para a seleção foram adotados quatro critérios de inclusão: contemplar a estequiometria como um dos temas centrais, apresentar elementos que possam ser considerados como estratégia ou tema para contextualização no ensino desse conteúdo, estar publicado na língua portuguesa ou espanhola e recorte temporal de 20 anos (2000-2019). Foram adotados como critérios de exclusão: estudos que não comtemplavam a estequiometria como tema central, estudos que não discutiam estratégias de ensino e/ou dificuldades de aprendizagem específicas desse conteúdo. A busca foi realizada diretamente nas plataformas dos periódicos e 29 artigos foram identificados nos periódicos Acta Scientiae, Ciência & Educação, Amazônia - Revista de Educação em Ciências e Matemáticas, Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia e Química Nova na Escola. Além dos periódicos listados, foram consultados: Ensaio: Pesquisa e Educação em Ciências, Alexandria, Investigações
16 Tabela 1 - Caracterização dos artigos analisados Nº Autor(es) Ano Revista /Qualis Título Direcionamento Nível de Ensino Estratégia de ensino Dificuldade relatada 1 Lívia Cristina dos Santos; Márcia Gorette Lima da Silva 2014 Acta Scientiae A Conhecendo as dificuldades de aprendizagem no ensino superior para o conceito de estequiometria Empírico Ensino Superior
- Dificuldade de abstração e transição entre os níveis de representação; a grandeza da Constante de Avogrado; a confusão entre mol/quantidade de matéria/Constante de Avogrado/massa molar e as dificuldades no manejo de técnicas matemáticas. 2 Lydia Raquel Galagovsky; María Angélica Di Giacomo; Salvador Alí 2015 Ciência & Educação A Estequiometría y ley de conservación de la masa: lo que puede ocultar la simplificación del discurso experto. Teórico Ensino Superior
- Confusão do modelo macroscópico da Lei de Conservação das massas e o conceito submicroscópico de conservação de número de átomos em uma reação balanceada. 3 Lydia Galagovsky; Jimena Giudice 2015 Ciência & Educação A Estequiometría y ley de conservación de la masa: una relación a analizar desde la perspectiva de los lenguajes químicos. Teórico Ensino Superior
- Ensino com foco cálculos e procedimentos algorítmicos em detrimento do desenvolvido um “pensamento conceitual” sobre a estequiometria. 4 Fidel Antonio Cárdenas 2006 Ciência & Educação A Dificultades de aprendizaje en química: caracterización y búsqueda de alternativas para superarlas. Empírico Ensino Superior
- A sobrecarga de instruções na memória de trabalho e familiarização insuficiente com as operações básicas necessárias para resolver o problema. 5 Ana Alice Farias da Costa; Jorge Raimundo da Trindade Souza 2013 Amazônia - Revista de Educação em Ciências e Matemáticas A Obstáculos no processo de ensino e de aprendizagem de cálculo estequiométrico. Empírico Ensino Médio Contextualização e jogos didáticos Falta de base matemática, dificuldades de interpretação de dados e falta de interesse dos alunos; aspectos matemáticos, falta de dinamismo, de exemplos e de aulas práticas acerca do conteúdo. 6 Verônica Tavares Santos Batinga; Francismar Martins Teixeira 2014 Revista Brasileira de Ensino de Ciência e Tecnologia A A Abordagem de Resolução de Problemas por uma professora de Química: análise de um problema sobre a Combustão do Álcool envolvendo o conteúdo de Estequiometria. Empírico Ensino Médio Resolução de Problemas e experimentação Concepções alternativas sobre reação química resultam em dificuldade para a aprendizagem de estequiometria. Fonte: A autora (2020)
17 No artigo 1, os autores buscam identificar e avaliar as dificuldades na compreensão do conceito de estequiometria de licenciandos em química utilizando uma prova pedagógica. Destacam a concepção de aparecimento/desaparecimento de matéria nas transformações químicas, desconsideração das proporções estequiométricas na representação e confusão da grandeza quantidade de matéria (DOS SANTOS; DA SILVA, 2014). Os autores ainda destacam a relevância da compreensão da estequiometria em função de sua vasta aplicação no contexto tecnológico. Por exemplo, quando falamos em indústria química não há como não pensar em cálculos estequiométricos e o entendimento desse conceito está diretamente relacionado à compreensão de vários fenômenos que ocorrem ao nosso redor, sendo necessário para que os estudantes possam interpretar as transformações químicas em diferentes contextos. (DOS SANTOS; DA SILVA, 2014, p.134). Os autores Galagovsky, Di Giacomo e Alí (2015) no artigo 2 analisam o tema estequiometria e sua relação com a Lei da Conservação da Massa, sob a ótica da análise comunicacional na busca da interpretação dos erros dos alunos. Afirmam que o discurso da química é expresso em múltiplas linguagens para representar suas explicações abstratas: a linguagem verbal em explicações e textos; linguagem gráfica em desenhos e diagramas, tanto a nível macroscópico como atômico-molecular; linguagens matemáticas em equações e linguagem de fórmulas químicas em equações químicas, etc. Ao analisar as respostas de alguns estudantes em uma avalição de Química Geral, os autores apontam os obstáculos na discriminação do conceito de conservação de massa, principalmente em questões que envolvem reagente em excesso, uma vez os estudantes usam justificativas que negam o cumprimento da lei de conservação da massa. Segundo os autores os currículos de disciplinas introdutórias que dão ênfase a definições e processos algorítmicos de resolução de problemas com os quais um químico especialista está acostumado lidar, mas não abordam forma como os químicos pensam por abordarem os conceitos de forma simplificada. O artigo 3 os autores focam no estudo teórico da resolução de problemas de estequiometria com diferentes linguagens químicas (questões clássicas e questões que envolvem desenhos com partículas para descrever os estados inicial e final de sistemas reagentes). Os autores analisaram dados coletados em duas pesquisas prévias que utilizaram esse mesmo modelo. Constataram que menos de 50% dos
19 Os autores ainda mencionam a maneira como o assunto é abordado, privilegiando os aspectos matemáticos em detrimento de uma interpretação química, o que gera uma de mecanização dos procedimentos para a resolução de problemas de estequiometria, além do problema da abordagem, a própria dificuldade com conhecimentos básicos de matemática que os alunos apresentam. No artigo 6 as autoras Batinga e Teixeira (2014) investigam como professora introduz a experimentação de forma articulada à resolução de problemas em aulas de Química do ensino médio. O experimento combustão do álcool foi utilizado com o objetivo de introduzir o conteúdo de estequiometria em nível qualitativo. As autoras afirmam que “A compreensão dos alunos sobre o que é uma reação química é primordial para introdução do estudo da estequiometria.” (BATINGA; TEIXERA, 2014, p.42). Isso por que muitos estudantes possuem concepções alternativas sobre reação química e a falta de uma compreensão conceitual sobre o conceito se estabelece como uma dificuldade para a aprendizagem de estequiometria. De forma geral, ao concluir a revisão sistemática de literatura constata-se que as dificuldades de aprendizagem apontadas pelos autores envolvem basicamente, questões relacionadas ao domínio da linguagem matemática, dificuldades de compreender e resolver problemas com uso de diferentes grandezas químicas, concepções alternativas sobre conceitos básicos necessários para entendimento das relações estequiométricas e falta de compreensão conceitual do tema.
20 4 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 4.1 A aprendizagem significativa A Teoria da Aprendizagem Significativa, proposta por David Ausubel, objetiva compreender como o conhecimento é adquirido e a nossa estrutura cognitiva é construída (AUSUBEL, 2003). Na perspectiva do autor, a aprendizagem é um processo por meio do qual uma nova informação (as ideias expressas simbolicamente) interage de forma substantiva (não literal) e não arbitrária com aquilo que o sujeito já sabe (MOREIRA, 2013). A interação de forma literal está relacionada com a aprendizagem mecânica, uma vez que esse tipo de interação, em geral, limita- se a reproduzir o conhecimento de maneira idêntica à que foi apresentada ao aprendiz. A aprendizagem mecânica fundamenta-se na memorização de novas ideias sem estabelecer conexões. Em vista disso, trata-se de um aprendizado com menores chances de permanecer na estrutura cognitiva do aluno a longo prazo. Contudo, se há o estabelecimento de conexões entre a nova informação e o conhecimento prévio, tem-se como resultado a construção de significados pessoais para essa informação. A construção de significados pessoais é elaborada de forma “não literal”; desse modo, se caracteriza como uma aprendizagem significativa (TAVARES, 2004). A interação não arbitrária não deve ocorrer com qualquer ideia prévia, mas, sim, com algum conhecimento, especificamente relevante, já existente na estrutura cognitiva do aprendiz. Esse conhecimento prévio, isto é, aquilo que o sujeito já sabe, é o que Ausubel chamava de subsunçor ou ideia-âncora. Em outras palavras, a nova informação ancora-se em conceitos ou proposições relevantes já presentes na estrutura cognitiva. A importância dos subsunçores no processo de aprendizagem é enfatizada por Ausubel, Novak e Hanesian (1980). Segundo os autores, se tivessem que reduzir a um princípio único toda a psicologia educacional, esse princípio seria: “O fator isolado mais importante que influencia a aprendizagem é aquilo que o aprendiz já conhece. Descubra o que ele sabe e baseie nisso os seus ensinamentos” (AUSUBEL; NOVAK; HANESIAN, 1980, p. 137).