Existem objetos moleculares tanto na animação como na simulação, que são representações das moléculas, ou seja, são suposições do que ocorre no nível submicroscópico da matéria. Os movimentos das moléculas podem ser observados com a simulação e podem ser gerados filmes que apresentam o movimento de átomos de moléculas (GIORDAN, 2008).
Os softwares com modelos de moléculas possibilitam aos alunos a construção de modelos. Segundo EICHLER e DEL PINO (1998), ocorre a formação de “novas estruturas mentais” quando o aluno utiliza esses softwares, além da construção do conhecimento ser contínua.
Além disso, esses softwares e outros recursos permite a interação do aluno com as diferentes representações de química. A observação do que acontece com nível macroscópico e microscópico pode favorecer a explicação e exploração do fenômeno que é abstrato para o aluno (SANTOS e GRECA, 2005). O software “ChemicalChange”, por exemplo, pode fazer a representação dos três níveis de representação da química que são macroscópica, submicroscópica e simbólica (ARDAC e AKAYGUN, 2004, citado por GIORDAN 2008). Segundo FERREIRA e ARROIO (2013), a transição entre os três níveis, como já mencionado, é uma das dificuldades dos alunos, o que caracteriza como um desafio para o ensino de química. Esses autores afirmam que existem pesquisas no campo da computação que buscam diminuir tal dificuldade.
GIORDAN (2008) reforça a ideia de que as animações ou simulações de moléculas, principalmente as que geram imagens em 3D, podem auxiliar estudantes a representar os três níveis do conhecimento químico:
“A adoção dessa tecnologia como ferramenta de ensino permite a visualização de animações dinâmicas projetadas tridimensionalmente, o que, segundo alguns autores, tem
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auxiliado os estudantes a representar simbolicamente os processos químicos e, portanto, a interpretar a fenomenologia nas dimensões macroscópica e submicroscópica. Esse suporte ao aprendizado oferecido pelas tecnologias computacionais tem sido considerado como atributo específico e particularmente útil para representar as três dimensões do pensamento químico (...)” (GIORDAN, 2008, p.195).
Além da dificuldade de os estudantes transitarem entre os três níveis de representação da química, de acordo com GIORDAN (2008), eles também apresentam dificuldade de imaginar tridimensionalmente, razão pela qual o autor complementa que “há evidências de que alguns tipos de representação, especialmente animadas e dinâmicas, podem melhorar a habilidade de visualização tridimensional dos estudantes” (GIORDAN, 2008, p.196).
Segundo EICHLER e DEL PINO, alguns trabalhos sobre estudo de modelo atômico mostram que o estudante tem dificuldade em fazer relações entre o modelo atômico e o comportamento da matéria nas transformações (observação do fenômeno macroscópico). Para a resolução desse problema, EICHLER e DEL PINO (2000) propõem a utilização do software “Rutherford” para o ensino de estrutura atômica. Os autores recomendam que o professor relacione o que será aprendido com aquilo que o aluno já sabe antes da utilização do software. Este
software apresenta três simulações que relacionam as pesquisas dos cientistas
Rutherfod, Geiger e Marsden.
No trabalho de BAPTISTA e SANTOS FILHO (2011), são feitas representações tridimensionais de orbitais atômicos isolados e, depois, a união gradativa dos orbitais (conjunto de orbitais). Esses autores acreditam que as representações tridimensionais ajudam no entendimento do conjunto de orbitais que não são fáceis de serem imaginados pelos alunos e difíceis do professor representar no papel ou na lousa.
Segundo alguns autores, as representações tridimensionais podem ser integradas com gráficos computacionais (KISER,1990; WILEY, 1990; BEZZI, 1991; BARNEA e DORI, 1996 citados por GIORDAN, 2008):
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“Alguns estudos mostram que a construção de conceitos está estreitamente relacionada às representações visuais com as quais os estudantes tiveram contato durante seu aprendizado (CLARK e PAIVIO, 1991; PAIVIO, 1986). É nesse sentindo que alguns autores têm defendido a integração entre gráficos computacionais e representação tridimensional como uma forma efetiva de melhorar a habilidade de visualização no ensino de Ciências” (GIORDAN, 2008, p.196)
Assim, nas simulações de moléculas em uma reação química, é possível integrar um gráfico de energia da reação e, com isso, o aluno pode observar as estruturas das moléculas, pode analisar o que ocorre com a energia e as moléculas durante uma reação e, dessa forma, pode ocorrer a integração do mundo microscópico e os conceitos teóricos. Com o auxílio do software “ChemSketch” é possível construir gráficos e moléculas e visualizá-los em três dimensões. Apesar, do programa ser em inglês, é de fácil manipulação. Um de seus diferenciais é que ele apresenta imagens de vidrarias e equipamentos de laboratórios (SANTOS, D. O. et al, 2010).
No estudo de GABEL e SHERWOOD (1980), citado por GIORDAN (2008), no qual foram utilizados objetos moleculares tridimensionais, foi observado que estudantes que manipularam os objetos moleculares apresentaram “efeito cumulativo de longo prazo na compreensão” sobre os fenômenos. De acordo com GIORDAN (2008), as representações tridimensionais “simplificam, ilustram e permitem a exploração da estrutura molecular e do processo químico associado”. No trabalho de RIBEIRO e colaboradores (2010), o software “Avogadro 0.9.8” foi utilizado nas aulas de química orgânica do Ensino Médio, o que possibilitou a montagem e a manipulação de moléculas em três dimensões. Ao analisar o questionário respondido pelos alunos que utilizaram o software, os pesquisadores perceberam que ocorreu maior interesse dos alunos pela aula e pela atividade, além do software ter se mostrado viável e de fácil utilização (RIBEIRO et al, 2010).
É possível entender melhor a manipulação da matéria em escala nanoscópica, por meio dos softwares e dispositivos que possibilitam a
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manipulação da matéria em escala molecular. Esse tipo de manipulação é um tema contemporâneo, que permite uma série de discussões científicas e éticas, motivos pelos quais ele não deveria ser excluído da educação.
Segundo GIORDAN (2008), as simulações de moléculas são pouco utilizadas por estudantes porque:
“(...) sua utilização por alunos do Ensino Médio ou mesmo por estudante iniciantes do ensino superior em Química é dificultada em razão da profundida do conhecimento envolvido nos cálculos e no controle de variáveis” (GIORDAN, 2008, p.198).
Para aumentar o uso dos aplicativos entre esses alunos é fundamental que tais programas “simplifiquem a transferência de dados entre as interfaces de entrada e saída e, simultaneamente, possibilitem o controle sobre variáveis” (GIORDAN, 2008).