Damasceno, Brito e Wartha (2009), analisando as representações em química, consideram que:
“para entender a química, os estudantes precisam estar familiarizados com a multiplicidade de condições, com o significado de modelos científicos, como também a diferença entre os níveis macroscópicos (fenômenos físicos), microscópicos (modelos e teorias) e representacionais (simbologia química e modelos matemáticos)” (DAMASCENO, BRITO e WARTHA, 2009, p.3).
Entretanto, existem dificuldades para o entendimento e a interpretação das representações em nível microscópico por parte dos alunos. De acordo com Pozo e Crespo (2009, p. 150-151), os alunos tendem a interpretar o mundo microscópico da mesma maneira que interpretam o mundo macroscópico, gerando equívocos conceituais significativos. A Termodinâmica não foi estabelecida com base em
modelos microscópicos, entretanto, eles contribuem fortemente para enriquecer os fundamentos dessa ciência (BARROS, 2009), principalmente para entender conceitos como os de temperatura e energia interna.
Mas, nem sempre vamos encontrar o uso coerente das representações microscópicas em livros didáticos (LEMES, SOUZA e CARDOSO, 2010). E que, algumas vezes, são ausentes.
Vejamos como este aspecto é tratado nos livros de química.
No livro Q1, não encontramos nenhuma representação em caráter microscópico.
Em Q2 observa-se uma representação microscópica no momento em que se abordam as trocas de calor durante as mudanças de fase. O autor apresenta um modelo ao esclarecer sobre a energia cinética e potencial que está associada às partículas (átomos, moléculas, íons) da substância, no caso em questão, a representação da molécula de água (acompanha a explicação o modelo molecular da água no estado sólido, mas sem relação com o texto). No entanto, a legenda da Figura 8 não remete a energia potencial e cinética citadas no texto, mas as propriedades da água.
A representação em nível microscópico do livro Q3 aparece em dois momentos no capítulo, mas não associa à energia cinética e potencial das partículas. Apenas informa as diferenças no nível de organização das moléculas nos diferentes estados físicos da matéria e no aumento ou diminuição das interações intermoleculares, retratando o fenômeno da agitação térmica (Figura 9).
Figura 8 - Imagem
referente ao livro Q2, página 204, ano 2011.
Em Q4, ao introduzir o conceito de entalpia, o autor se refere às interações entre átomos: forças de repulsão e atração, rearranjo eletrônico, levando a diferentes estados energéticos. E que a energia potencial que está associada a esses estados, quando nas reações químicas, levam a conversão da energia em outras formas, como calor, por exemplo. Não há nenhuma representação sobre a descrição feita. Entretanto foram encontradas representações ao longo da obra, como por exemplo, ilustrações explicando os níveis de vibração de uma molécula, quando do estudo das propriedades coligativas e propriedades da água.
No livro Q5 o autor usa a representação em nível microscópico em quatro situações distintas ao longo do capítulo. A primeira, na conceituação de temperatura, onde mostra duas temperaturas diferentes associadas a dois níveis de agitação das partículas representadas (Figura 10). A segunda situação é quando os processos exotérmicos e endotérmicos são apresentados, ao classificar os dois tipos de energia: cinética e potencial, mostrando um gráfico da energia potencial em função da distância internuclear na formação de uma molécula de hidrogênio (Figura
11), sendo importante esta
representação para auxiliar no entendimento da energia interna de um sistema, onde a energia potencial compõe parte do valor da energia interna, sendo este aspecto considerado por Barros (2009). A terceira é uma representação das moléculas de
Figura 9 - Imagem referente ao livro Q3, página 91, ano 2010.
Figura 10 - imagem referente ao livro Q5,
água enfatizando as forças intermoleculares (ligações de hidrogênio), quando estas são rompidas no fenômeno da vaporização (calor de vaporização). E a quarta é apresentada no conceito de entropia, representando a expansão de um gás num tubo com vácuo.
O uso de representações microscópicas necessita de mais atenção nos livros didáticos. Em se tratando dos conteúdos termodinâmicos, eles são pouco utilizados nos livros analisados, e às vezes, não contribuem significativamentepara a
aprendizagem de um conceito. Apenas em Q5, observamos esse uso da representação de uma forma mais coerente e vinculada ao conceito apresentado.
7.6 CATEGORIA 6 – PROPOSIÇÃO DE EXPERIMENTOS
O caráter da experimentação como recurso didático não pode se restringir a simples observação de um fenômeno para chamar a atenção do aluno ou a demonstração de uma lei que foi abordada em sala de aula, deixando o aluno numa condição de passividade ante o fenômeno que observa. Francisco Jr e Hartwig (2008) consideram que:
“A atividade experimental problematizadora deve propiciar aos estudantes a possibilidade de realizar, registrar, discutir com os colegas, refletir, levantar hipóteses, avaliar as hipóteses e explicações, discutir com o professor todas as etapas do experimento. Essa atividade deve ser sistematizada e rigorosa desde a sua gênese, despertando nos alunos um pensamento reflexivo, crítico, fazendo os estudantes sujeitos da própria aprendizagem” (FRANCISCO JR e HARTWIG, 2008, p. 36).
Dessa maneira a experimentação subsidia o aprendizado, ao invés de despertar apenas os sentidos dos estudantes pela motivação que provoca.
A seguir, elencamos quais dos livros analisados apresentam sugestões de experimentação.
No livro Q1 não foram encontradas nenhuma proposição de experimentação. Em Q2 a única proposição de experimento existente é bem insipiente. Sob o título de calor e trabalho, onde se sugere aquecer, sobre a chama de uma vela, um copo de papel contendo água e uma bexiga de látex inflada, também contendo água. Três perguntas são feitas em torno do fenômeno para ser investigado o porquê de o copo não queimar e de a bexiga não estourar. Não há qualquer reflexão com relação ao entendimento de calor e trabalho. O experimento é apresentado ao final do capítulo, depois que os conceitos são expostos, mas não traz nenhuma relação com o conteúdo, tampouco um caráter problematizador ou motivador para o aluno.
No livro Q3,um único experimento é proposto: a decomposição da água oxigenada usando fermento biológico como catalisador com o objetivo de calcular a quantidade de energia envolvida no processo. Dois questionamentos são feitos: qual a substância desprendida na forma de gás e qual a quantidade de energia envolvida no processo. O experimento é apresentado ao final do capítulo, depois que os conceitos são expostos, e também não se reveste de nenhum caráter investigativo ou motivador para o aluno.
Tanto em Q2 como em Q3, o experimento é meramente para constatar o fenômeno, sem maiores discussões em torno do processo.
Um único experimento também é apresentado no livro Q4, mas de modo diferente aos dos livros Q2 e Q3, antes de serem introduzidos os conceitos de entalpia, dos tipos de processos (endotérmicos e exotérmicos) e dos cálculos que determinam o calor das reações, ou seja, a proposta no experimento é investigar os diferentes materiais metálicos (cobre, chumbo e alumínio), fazendo um estudo sobre
a variação de temperatura observada quando do aquecimento dos variados metais. São discutidos conceitos de capacidade térmica e calor específico. Um detalhe observado é que o experimento já aponta para o destino dos resíduos gerados na experiência.
Em Q5 os experimentos são apresentados sob o título de “Atividade”, num total de cinco atividades. A “atividade” serve para introduzir conceitos e termos da termoquímica, com a proposta investigativa. Os experimentos são assim distribuídos ao longo do capítulo:
1º Sobre temperatura e termômetros: introduz a Lei Zero da Termodinâmica; 2º Sobre temperatura e sensação de quente e frio: discute-se condutividade térmica;
3º Sobre temperatura e calor: diferenciam os dois termos, e introduz os conceitos de caloria (unidades de energia) e de calor específico;
4º Sobre a influência da pressão no ponto de ebulição das substâncias: explicar o porquê da ocorrência;
5º Sobre o calor nas transformações químicas: determinação da entalpia de reação de combustíveis (álcool e querosene), alimentos (castanha-do-pará, amendoim e castanha-de-caju) e naftalina e cânfora.
Dos quatro livros didáticos que apresentam experimentos, apenas Q4 e Q5 trazem características de ordem conceitual, que leva a um entendimento dos conceitos antes que os mesmos sejam abordados teoricamente, o que permite ao aluno questionamentos e reflexões sobre o fenômeno observado antes que os conceitos sejam apresentados. Q2 e Q3 trazem experimentos apenas para constatar o fenômeno já abordado e discutido teoricamente.
Justificativa de não termos abordado o critério modelos e analogias para explicar algum conteúdo:
Das obras analisadas apenas uma, a Q1, utilizou-se de uma analogia para explicar a variação de entalpia, comparando ao saldo bancário, numa movimentação financeira. Essa categoria, portanto não foi analisada, primeiro por ser apenas uma, em uma única obra; segundo, os fundamentos da Termodinâmica foram estabelecidos a partir de situações práticas, experimentais, sem necessidade de recorrer a analogias para explicar os seus mecanismos.
8 ANÁLISE DOS LIVROS DE FÍSICA