Segundo Benite et al (2010) o estudo dos modelos atômicos é um dos temas centrais da química, também é um conceito que requer o exercício da abstração. Os autores defendem que o ensino desse conceito preconiza a discussão dos modelos científicos construídos historicamente, bem como a abrangência e as limitações destes, construindo nos aprendizes uma visão adequada sobre sua natureza e desenvolvimento do conhecimento científico (BENITE C.R.M.; SILVA FILHO, S. M. e BENITE A.M.C. Elaboração de um hipertexto para o ensino de modelos atômicos: uma estratégia para o ensino de química. 33ª RASBQ, 2010).
A concepção inadequada de modelo em sala de aula é outro fator observado que está diretamente relacionado ao aprendizado do conteúdo, isso foi observado tanto nos alunos (MASKILL, Roger; JESUS, Helena Pedrosa.; Asking Model Questions. Education in Chemistry, v. 32, n. 5, pp. 132-134, 1997.), quanto os professores atuantes e em formação (MELO, Marlene Rios, Estrutura Atômica e Ligações Química – Uma Abordagem para o Ensino Médio. Dissertação de Mestrado, Unicamp, 2002.). Melo constatou em sua pesquisa que apenas 18% dos professores entrevistados concebiam o átomo como uma
criação científica, sendo que nesse percentual estavam incluídos professores mestrandos de uma Universidade pública de São Paulo.
As formas de como os livros didáticos abordam o conceito dos modelos atômicos também pode ser uma das razões para tais dificuldades, já que esses livros são considerados um dos mais importantes instrumentos didáticos utilizados nas escolas (LOPES, Alice Casemiro; Livros didáticos: obstáculos ao aprendizado da ciência química. Química Nova, v. 1, n.3, 1992. pp. 254-261.), com consequente efeito nas relações de ensino e aprendizagem, já que a maioria dos professores tem no livro didático um referencial para a elaboração de suas estratégias de ensino.
Um dos primeiros momentos em que o conceito de modelo é discutido no ensino de química é na apresentação do tema “Estrutura Atômica”. Os livros didáticos (FELTRE, 2005; PERUZZO & CANTO, 1998 e 2007; CARVALHO & SOUZA, 2007; NOGUEIRA NETO & DIAS, 2005) apresentam geralmente a mesma sequência: primeiro um capítulo sobre modelos atômicos, seguido de tabela periódica e, finalmente, ligações químicas. Essa disposição dos conteúdos é feita de forma fragmentada, ou seja, não se relaciona de maneira satisfatória o modelo atômico com o modelo particulado da matéria e suas transformações físicas (MELO, Marlene Rios, Estrutura Atômica e Ligações Química – Uma Abordagem para o Ensino Médio. Dissertação de Mestrado, Unicamp, 2002.). Nem antes nem após a apresentação dos vários modelos atômicos é feita uma discussão adequada para o modelo particulado da matéria, resultando em concepções alternativas tais como: a dificuldade de aceitação do vazio entre partículas, concepções atomistas substancialistas, etc. (MORTIMER, Eduardo Fleury. Concepções atomistas dos estudantes. Química Nova na Escola, v. 1, maio.1995). Partindo dessas dificuldades e concepções aqui tratadas e relatadas na literatura foi que o material didático elaborado por professores UFRN para os alunos na modalidade a distância foi concebido. A contextualização e os aspectos históricos são levados em conta em cada aula, além de tratar a evolução dos modelos atômicos como algo inacabado e uma não verdade absoluta. Entretanto ao realizar a análise das provas da primeira unidade observa-se que para o aluno o modelo mental que permanece é o de Dalton, resultado similar foi observado por Marlene e Edmilson (2010)(Marlene Rios Melo, Edmilson Gomes de Lima Neto, DIFICULDADES DE ENSINO E
APRENDIZAGEM DOS MODELOS ATÔMICOS EM QUÍMICA, IV Colóquio Internacional Educação e Contemporaneidade, ISSN 1982-3657, 2010)
Na avaliação da unidade I da disciplina Arquitetura Atômica e Molecular, nas questões 1, 2, 3, 4, que tratam de características relacionadas ao átomo, como a transmissão de energia, a ejeção dos elétrons da placa metálica, a diferença entre os termos órbita e orbital, e transição de elétrons entre níveis; o percentual de acertos foi bem dividido, pois a maioria dos alunos só conseguiram acertar metade da questão ou menos. Isso pode ter acontecido pelo fato de os alunos fazerem confusão quanto ao modelo atômico correto e tentarem responder às questões pensando ainda nos modelos iniciais.
Mas, porque os modelos atômicos de Dalton e Thomson são os que prevalecem nas mentes dos alunos? Talvez seja pela menor complexidade, ou por apresentar um nível de abstração menor, pois os outros modelos atômicos exigem um desenvolvimento mental maior, precisando, assim, que mais habilidades sejam desenvolvidas.
Dessa forma, observa-se que se a compreensão dos modelos atômicos e suas estruturas não estiverem bem formadas em suas mentes, diversos conteúdos serão prejudicados quanto á sua aprendizagem, e então será formada uma cadeia de dificuldades, se aluno não compreende bem a estrutura do átomo, não entenderá conteúdos diretamente ligados como a distribuição eletrônica e o nível de valência; as ligações químicas e como são formadas; a geometria molecular; enfim, infelizmente, se tornará uma “bola de neve” de erros e dificuldades. Sobre esse assunto NÚÑEZ e RAMALHO (2012) também concordam que a estrutura dos átomos é uma etapa muito importante para a compreensão de conteúdos como a distribuição eletrônica.
Outra dificuldade apresentada pelos alunos, no conteúdo teoria atômica e outros, é a dificuldade com os cálculos matemáticos. Nas questões, por exemplo, que envolvem cálculos, como as questões 1, 2 e 4 da avaliação I, os alunos precisam desenvolver habilidades que envolvem duas disciplinas (química e matemática), pois além de ter que saber substituir os valores nas fórmulas e equações químicas, os alunos precisam saber realizar os cálculos matemáticos.
Nas questões, 4 - objetiva (cálculo da energia de transição do elétron do átomo de hidrogênio); 1 - discursiva (cálculo da energia cinética do elétron
ejetado); 2 - discursiva (cálculo da energia de radiação UV a partir do comprimento de onda) percebe-se que, alguns erros cometidos com frequência envolvem a substituição dos valores nas fórmulas ou a troca da operação aritmética, e também se observa a dificuldade na parte matemática, ou seja, o aluno consegue substituir os valores corretamente na fórmula, mas ao calcular, o faz errado. Dessa forma, a compreensão química fica comprometida, pois a base matemática é o apoio para a disciplina de química. Isso pode ser observado pelo fato de as questões já trazerem no enunciado as fórmulas/ equações necessárias para a resolução da questão.
O mesmo observado nas provas da disciplina de Arquitetura Atômica e Molecular foi constatado por SANTOS et al, 2013, que mostrou que 54,4% dos alunos que responderam á sua pesquisa, afirmaram ser a base matemática a maior dificuldade na aprendizagem de química.
Ao analisar as avaliações e constatar as dificuldades que os alunos apresentaram em questões com cálculos, pode-se observar que a maioria das questões em branco foram as questões discursivas; e dentre as questões discursivas deixadas em branco, as que necessitavam de cálculos matemáticos apresentaram percentuais maiores. Assim, observou-se também que quase todas as questões de múltipla escolha não ficaram em branco. Apenas uma questão ficou sem resposta. Porque isso acontece? Pode ser que os alunos não deixaram as questões objetivas em branco por ser mais fácil apenas marcar a resposta, ou seja, a resposta já está ali, e o aluno precisa apenas diferenciar a resposta certa das erradas. Alguns até não param pra pensar e analisar as respostas, apenas marcam.
Já as questões discursivas exigem do aluno um desenvolvimento mental maior para as responderem, principalmente quando se trata de questões que necessitam de cálculos matemáticos, como as questões discursivas 1 e 2 da avaliação I, que pede para calcular a energia cinética do elétron ejetado e a energia de uma radiação UV, respectivamente.
Geometria Molecular
Para que os alunos consigam identificar a geometria molecular, eles precisam ter vários conceitos já formados em suas mentes, pois para que classifiquemos os compostos quanto á geometria é preciso que a estrutura dos mesmos seja construída. Para isso deve-se primeiro fazer a configuração eletrônica dos átomos dos elementos envolvidos e a partir dos elétrons dos orbitais externos realizar as ligações. Em seguida, deve-se observar a repulsão dos pares de elétrons livres e ligantes, para então tentar classificar quanto á geometria molecular. Dessa forma, se o aluno não compreender bem os conceitos iniciais já citados, será bem difícil enxergar a geometria do composto.
Nessas questões na prova, o índice de acerto foi maior, talvez tenha sido pelo fato de a estrutura dos compostos já estarem construídas, e as opções de respostas estarem ao lado. Mas, então, qual a dificuldade dos alunos que não conseguiram chegar ao acerto? Pode-se pensar que a dificuldade tenha sido por não reconheceram a relação que existe entre os pares de elétrons ligantes e não ligantes, e os ângulos formados, ou ainda, quanto à visualização dos compostos em três dimensões, pois segundo Fernandez e Marcondes (2006) as dificuldades dos estudantes em geometria molecular estão relacionadas com as dificuldades de visualização tridimensional; o que pode ter ocorrido nas três questões sobre geometria molecular.
Ligações Químicas
Para que os alunos pudessem responder ás questões relacionadas ás ligações químicas nas provas, eles precisavam apenas saber diferenciá-las. Mas, essa não é uma habilidade fácil para eles, pois a maioria só consegue pensar em ligações químicas como sendo as ligações covalentes ou iônicas, como mostra Garcia Franco e Garritz Ruiz (2006, apud CARVALHO et al, 2009), quando afirmam que para os alunos a ligações consideradas verdadeiras são as iônicas e covalentes, ou seja, para eles só existem esses dois tipos de ligações. E dessa forma, as ligações metálicas, polares e ligações de hidrogênio são alguma coisa diferente das ligações verdadeiras.
conceitos prévios, por exemplo, na questão 4.3 onde os alunos devem indicar o número de pares de elétrons ligantes e não ligantes, eles precisam construir as estruturas dos compostos realizando as suas ligações químicas, para então observar quanto são os elétrons que participam e não participam das ligações; porém, pouco mais de 50% dos alunos acertaram metade ou mais da questão. Observa-se que nessa questão a dificuldade maior foi quanto a formação das ligações, ou seja, os alunos que apresentaram dificuldades não conseguiram representar corretamente as ligações químicas. Assim, observamos o que já foi afirmado por CARVALHO et al, 2009, quando mostra que os estudantes apresentam concepções erradas e confusas quanto ao conceito de ligação química, pois os conceitos utilizados no conteúdo de ligações químicas estão relacionados com a constituição da matéria, que são conceitos com grande nível de abstração.
Em algumas questões das provas da disciplina Arquitetura Atômica e Molecular, pode ser observada essa dificuldade, pois ao tentarem construir a estrutura de Lewis de alguns compostos, uma parte dos alunos a fizeram com a representação de esferas; reportando-se ao modelo de Dalton. Mas será que essa é a única dificuldade quanto á compreensão do átomo e sua estrutura? Não. Se o aluno não tiver em mente o modelo atômico atual, ainda pensar no átomo com os modelos antigos, os conteúdos posteriores não terão sentido em suas mentes, como nos mostra GOMES e OLIVEIRA (2007) ao dizer que se o aluno aceitar como correto o Modelo Atômico de Dalton, que não apresentava divisão de partículas, ou o Modelo Atômico de Thomson, que já apresentava a partícula negativa (o elétron), mas não o conceito de eletrosfera; conteúdos como ligações químicas, magnetismo e emissões de fótons também serão de difícil aprendizagem.
Ainda pensando na dificuldade quanto á construção das estruturas dos compostos, nos voltamos á questão sobre ressonância (questão 4.2) presente nas provas. Nesse conteúdo, os alunos precisam compreender que compostos que apresentam ressonância são aqueles que possuem mais de uma forma de construir sua estrutura, mudando apenas a posição dos elétrons e não dos átomos. Mesmo sendo uma questão objetiva, onde muitos imaginam ser mais fácil; apenas 35,7% dos alunos á responderam corretamente. As outras respostas foram bem variadas e nos leva á pensar: Como nessa questão estava
representada apenas a fórmula molecular e não a estrutural, será que os alunos não compreenderam somente o conteúdo relacionado á ressonância? Ou não souberam responder por não saberem construir a estrutura dos compostos colocados nas alternativas? E pode-se pensar ainda mais longe; será que a dificuldade vem desde a configuração eletrônica? Porque se não souberem escrever a configuração eletrônica dos elementos, encontrar os elétrons de valência, e então construir a estrutura; não conseguirão ver se o composto apresenta ressonância ou não.
Ao observar a questão 4.1 que pede para o aluno identificar entre os exemplos quais formam o octeto e em quais ocorre a expansão do nível de valência, pode-se perceber que alguns alunos ainda não conseguem enxergar que alguns compostos não formam o octeto, ou melhor, que a maioria dos compostos não forma o octeto. Mortimer (1994, apud CARVALHO et al, 2009) confirma isso quando mostra que a maioria dos estudantes, após passarem pelo ensino formal, continuam com dificuldades relacionadas a ligação química, associando-as apenas á regra do octeto, ou seja, para eles a ligação química estará correta quando os compostos alcançarem estabilidade formando o octeto. Mas, ainda podemos pensar que, a dificuldade, além de ser o fato de achar que para alcançar estabilidade os compostos devem obedecer à teoria do octeto, como os alunos conseguirão identificar tal diferença se alguns ainda não possuem a habilidade bem desenvolvida quanto á construção das suas estruturas? Infelizmente, cada dificuldade identificada nos leva ao questionamento inicial. Como o aluno compreenderá todo o conteúdo da disciplina Arquitetura Atômica e Molecular se o aluno não apresenta segurança quanto ao conteúdo inicial que é a estrutura do átomo, pois segundo Gomes e Oliveira (2007), os alunos apresentam dificuldades com ideias abstratas, como o modelo atômico e suas estruturas, e consequentemente as interações moleculares. Esse exemplo confirma que a aprendizagem quanto a estrutura atômica interfere no desenvolvimento dos demais conteúdos, como as interações moleculares.
4.6. Análise da participação dos alunos nos fóruns de