Análises da Atividade Experimental Investigativa

Um dos obstáculos mais curioso observado durante as atividades experimentais investigativas propostas foi à dificuldade de interpretação das informações por parte dos alunos. Devido às atividades experimentais possuírem um caráter mais investigativo, com orientações para eles tentarem resolver um determinado problema, observou-se dificuldades para execução das primeiras atividades, provavelmente associadas à falta de hábito da utilização do laboratório, bem como às dificuldades de leitura e interpretação.

Mesmo com as dificuldades enfrentadas pelos alunos na interpretação das questões utilizadas para a formulação e execução dos experimentos, a maioria demonstrou interesse pelas atividades, uma vez que esta permitiu aos educandos uma participação mais ativa na tomada das decisões metodológicas das atividades.

Na construção da Atividade Experimental elaboramos previamente os pré- roteiros experimentais investigativos, com o intuito de nortear os grupos participantes. As orientações das Matrizes de Referência do ENEM (BRASIL, 2009) e da Escola Aprendente (CEARÁ, 2009) serviram como base para a elaboração da proposta experimental. A etapa de desenvolvimento dos Roteiros Experimentais Investigativos por cada uma das equipes teve um tempo mínimo de

quinze dias, sendo que todos os grupos após a exposição do material para os demais colegas de sala de aula tiveram que devolver o Roteiro Experimental Investigativo e discutir as questões reflexivas existente no final da cada proposta.

Com material em mãos, os dados foram sistematizados de forma a interpretar todas as adaptações e respostas, realizando a pré-análise. Em seguida, os dados foram explorados com mais cuidado na tentativa de categorizar cada uma das respostas a fim de identificar a habilidade cognitiva desenvolvida. Vale salientar que as atividades experimentais investigativas aqui propostas são aquelas que contribuem para o desenvolvimento cognitivo do aluno, além da interação com seus pares para sua compreensão, interpretação e reflexão sobre os fenômenos observados.

Para a realização da atividade investigativa proposta cada grupo optou como iria ocorrer todo o processo de planejamento do Roteiro Experimental Investigativo. No final de cada momento da sequência didática separamos 15 minutos para que os grupos pudessem se dedicar ao estudo e planejamento de sua atividade, além de usufruírem dos atendimentos nos laboratórios de ciências e informática. Já as equipes que não conseguirem comparecer na escola no contra turno, organizamos e disponibilizamos o material para realização da atividade experimental em seus domicílios, seguindo todas as regras e protocolos de segurança, e que os mesmo também possam ter a oportunidade de apresentar seu Roteiro Experimental Investigativo em sala de aula, e assim ocorrer a troca de saberes.

Para o desenvolvimento dos Roteiros Experimental Investigativo 1 “A Combustão dos Alimentos”, a equipe realizou seu planejamento nas instalações da escola, desde o laboratório de ciências, como também no laboratório de informática.

Na Figura 8 apresentamos alguns momentos do planejamento e execução da atividade proposta sobre Combustão dos Alimentos.

Figura 8- Planejamento e apresentação do Roteiro Experimental Investigativo Combustão dos Alimentos.

Fonte: Do autor (2020)

No ambiente de laboratório, a primeira equipe desenvolveu parte da prática investigativa proposta, adaptaram as amostras, as quantidades e o aparato experimental, com objetivo de expor a energia produzida a partir da combustão de alimentos ricos em carboidratos, lipídios e proteínas. No desenvolvimento da proposta experimental a equipe adotou todas as normas e regras de segurança em sua execução e mostrou destreza no manuseio do material, além de apresentar domínio do conteúdo.

O material devolvido pelo grupo apresentou poucas mudanças, nas quais podemos destacar três pontos básicos. O primeiro está na mudança no aparato experimental, onde os mesmos não utilizaram a caixa tetra Pack no momento da combustão, pois observaram que não ocorria entrada suficiente de oxigênio para realizar a queima da amostra de alimento. O segundo ponto adaptado foram as quantidades das massas das amostras a serem queimadas, onde o grupo achou melhor aumentar as quantidades das amostras para assim facilitar a observação da intensidade da chama e consequentemente visualizar da troca de calor da chama da combustão do alimento com a energia absorvida pelo tubo de ensaio com agua. O último ponto foi o aumento na quantidade de agua a ser adicionada no tubo de ensaio, onde a sugerida era 5 ml e o grupo optou por dobrar esse valor, 10 ml.

Essas ações vão de encontro à teoria defendida por Suart (2008); Fourez (2003); Salesse e Bariccatti (2009), os quais defendem que o educando consegue

compreender os conceitos científicos através das práticas experimentais, com manuseio de vidrarias, reagentes e equipamentos laboratoriais, porém sob orientação de alguma pessoa que as instrua, e permita que este desenvolva competências e habilidades, extremamente essenciais para a plena compreensão das Ciências, a partir da troca de experiências.

A Tabela 7 apresenta os questionamentos, as competências e habilidades, a categorização, as respostas dos alunos e a percepção desenvolvida por eles, isso para a Atividade Experimental 01 – Combustão dos Alimentos. As perguntas direcionam-se tanto para os cálculos matemáticos, como também aguçam as reflexões a partir das observações e resultados obtidos através de suas equações. Cada questionamento ressalta uma competência e habilidade baseada na Matriz do Enem (Brasil 2009) ou da escola Aprendente (CEARÁ, 2009).

Tabela 7 – Questões abordadas no roteiro experimental investigativo: A Combustão dos Alimentos com suas respetivas Competências e Habilidades, categorização, resposta e percepção alcançada pelos alunos.

Questionamento Competência e

Habilidade

Categoria Resposta Percepção alcançada

1. Determine a quantidade de energia consumida

pela água em cada combustão realizada.

Equacionar e resolver problemas, sendo capaz de

interpretar resultados numéricos e experimentais (CEARA, 2009); Competência de área 7 – H24 – Utilizar códigos e nomenclatura da química para caracterizar materiais,

substâncias ou transformações químicas

(BRASIL, 2009).

Satisfatório Cálculos O grupo consegue resolver com sucesso o que foi solicitado pela questão. As equações apresentaram coerência em sua transcrição, com a interpretação de valores e grandezas, utilização correta da regra de três e fórmulas matemáticas referentes a conceitos caloríficos, e assim chegar ao resultado logico.

2. Por que não podemos considerar essa quantidade de energia como sendo o valor real das calorias do alimento?

Elaborar hipóteses. explicativas a partir de fenômenos observados (CEARA, 2009).

Regular Porque o calorímetro é aberto, com isso existe a umidade do ar para interferir no valor real da energia liberada (aluno).

Apesar de o grupo usar erroneamente o conceito de calorímetro, o mesmo conseguiu atingir o grau de cognição previsto, pois consegue elaborar uma hipótese que justifica a dissipação do calor de combustão para a vizinhança, tornando, assim, a resposta considerável.

3. Compare os valores obtidos no experimento com os valores calóricos apresentados na embalagem. Quais as Apropriar-se de conhecimentos da química para, em situações problema, interpretar, avaliar ou planejar

Satisfatório Cálculos A equipe conseguiu associar os valores obtidos com seus experimentos investigativos aos rótulos dos produtos analisados, atribuindo ao tipo de aparato montado

diferenças observadas no procedimento experimental? intervenções cientificas- tecnológicas (BRASIL, 2009)

(sistema aberto) a diferença em todas as análises. E assim conseguiu ter a competência e habilidade de apropriação do conhecimento químico com o desenvolvimento da atividade proposta.

4. Compare as amostras estudadas e relate o que você observou como diferença nesse experimento Elaborar hipóteses explicativas a partir de fenômenos observados (CEARA, 2009).

Satisfatório A combustão da torrada é mais lenta e a da batata é mais rápida. Pois no instante da queima (combustão) os alimentos apresentaram diferentes temperaturas, e assim observamos que a amostra que obteve maior temperatura é aquela com

maior energia

armazenada.

A competência pretendida através do questionamento incentiva o desenvolvimento de hipóteses cientificas. Analisamos que foi bem sucedida a resposta entregue pelo grupo, visto que alimentos com maior concentração de gorduras, se comparados às reservas de carboidratos e proteínas, dissipam maior energia quando queimados. Assim a equipe obteve critério satisfatório

Fonte: Autoria própria (2020).

Segundo Mortimer e Amaral (1998), o conceito de energia não é de fácil compreensão pelos alunos, principalmente quando acompanhada de outros termos como calor e temperatura. É possível perceber que, em muitos casos, poucos estudantes conseguem explicar corretamente os fenômenos, apesar de conseguirem resolver problemas matemáticos muito complicados, demonstram grande dificuldade em correlacionar seus conceitos. Esta dificuldade foi evidenciada na questão 2, na qual alguns alunos demonstraram dificuldade de se apropriar de alguns conceitos para explicar o ocorrido experimentalmente. De forma geral, os alunos se saíram muito bem neste questionário, conseguindo relacionar conceitos envolvidos com fenômenos do seu cotidiano. Além disso, conseguiram fazer uma boa diferenciação entre energia e temperatura.

A escrita de uma reação química necessita de um nível de conhecimento sobre representação, aspecto importante levantado por Nery, Liegel e Fernandez (1996), os quais ressaltam que além do entendimento prático, observável do que vem a ser uma transformação química, existe um problema adicional, que é o de lidar com a representação da mesma. Apesar de parecer muito óbvia para quem domina a área, para muitos estudantes a representação de uma reação química pode se apresentar como um obstáculo difícil de transpor, aqueles que conseguem, não o fazem sem esforço e sem problemas.

Na Figura 9 é apresentado o planejamento, com atividade prática do Roteiro Experimental Investigativo, O Poder do Ácido Clorídrico.

Figura 9. Planejamento do Roteiro Experimental Investigativo Extração e Combustão do Hidrogênio

Fonte: Do autor (2020)

Utilizando o espaço do laboratório de ciências para desenvolver seu roteiro experimental investigativo, a segunda equipe faz pequenas mudanças em sua proposta, com ênfase nas quantidades dos reagentes e o aparato experimental. Com respeito ao manuseio na apresentação da atividade, a equipe seguiu todas as normas e regras de segurança, além de destreza no manuseio do material e domínio do conteúdo.

O roteiro entregue pelo grupo apresentou apenas mudanças nas quantidades dos reagentes, pois observaram que em um dos componentes, o ácido muriático, a marca utilizada na prática experimental apresentava concentração diferente do que estava sugerido no roteiro inicial. Assim, o grupo achou melhor modificar tanto as quantidades de acido muriático como também o papel alumínio para a realização de sua proposta experimental.

A Tabela 8 expõe os questionamentos, as competências e habilidades, a categorização, respostas dos alunos e a percepção desenvolvidas por eles; isso para a Atividade Experimental 03 – O poder do ácido clorídrico. Os questionamentos se referem tanto para observações de instrumentos utilizados no experimento, como também aguça as reflexões a partir das observações e resultados obtidos através das reações envolvidas. Como os demais roteiros, os questionamentos ressaltam as competências e habilidades na Matriz do Enem (BRASIL, 2009) e na Escola Aprendente (CEARÁ, 2009).

Tabela 8- Questões abordadas no roteiro experimental investigativo: O poder do ácido clorídrico com suas respetivas competências e habilidades à luz da matriz de referência do Enem e da Escola Aprendente, seguidas de sua categorização, resposta e percepção alcançadas pelos aluno.

Questionamento Competência e

Habilidade

Categoria Resposta dos alunos Percepção alcançada 1. Analisando os

resultados experimentais, que fatores atribuir para que a ocorresse variação na temperatura do sistema ao final da reação?

Equacionar e resolver problemas, sendo capaz de interpretar resultados numéricos e experimentais (CEARA, 2009).

Identificar e caracterizar os constituintes de um sistema inicial e final (CEARÁ, 2009);

Competência de área 7 – H24 – Utilizar códigos e nomenclatura da química para caracterizar materiais,

substâncias ou

transformações químicas (BRASIL, 2009).

Satisfatório A temperatura subiu até 85ºC

Através da leitura e interpretação do termômetro utilizado no experimento, a equipe consegue solucionar com clareza o que foi solicitado pela questão.

2. Como podemos representar para a reação estudada no procedimento pratico apresentado?

Analisar, refletir e interpretar informações sobre a ciência química e suas tecnologias (CEARÁ, 2009).

Satisfatório Reação de simples troca A questão requer do educando que o mesmo classifique a reação química de acordo com a combinação de seus componentes. Diante da resposta dada pela equipe, a competência de interpretação foi alcançada om sucesso pelo grupo, sendo

categorizado como satisfatório. 3. Caracterize a reação

química observada em endotérmica ou exotérmica e apresente uma justificativa para a resposta em função do fenômeno observado. Utilizar situações-problema planejadas ou do cotidiano, de forma a observar informações e identificar variáveis relevantes, e ser capaz de elaborar possíveis estratégias para equaciona-las ou resolve- las (CEARÁ, 2009)

Satisfatório A reação é exotérmica, pois ocorreu liberação de energia com o aumento da temperatura.

O questionamento solicita que o educando faça uma classificação e interpretação utilizando as evidências apresentadas no decorrer do experimento elencando a uma situação-problema. A equipe conseguiu obter uma resposta satisfatória, pois a classificação dada corresponde a justificativa exposta. Assim, a competência e habilidade almejada são alcançadas.

4. Quais as observadas para afirmar que ocorreu uma reação química?

Analisar, refletir e interpretar informações sobre a ciência química e suas tecnologias (CEARÁ, 2009);

Competência de área 7 - H26 – Avaliar implicações sociais, ambientais e/ou econômicas na produção ou no consumo de recursos energéticos ou minerais, identificando transformações químicas ou de energia envolvidas nesses processos (BRASIL, 2009).

Satisfatório Aumento da temperatura; mudança de cor e liberação de gás.

A questão requer do educando a competência de analisar uma determinada situação, fazendo reflexão e interpretando os dados obtidos. Como as evidências básicas para um fenômeno químico envolve a mudança de cor, variação de temperatura, liberação de gás e formação de precipitado. Através do experimento a equipe consegue observar três evidências no desenvolvimento da atividade, chegando assim, a obter categorização satisfatório.

ocorrida, descrevendo quem são os reagentes, produtos e o estado físico de cada componente.

executar e interpretar experimentos químicos, comunicando os resultados (CEARÁ, 2009).

Satisfatório. (aq) + 3 H2 (g) questionamento satisfatoriamente com a utilização correta dos códigos para caracterizar a reação química envolvida, contemplando assim a competência e habilidade esperada.

Fonte: Autoria própria (2020).

A questão inicial do roteiro indagava ao estudante sobre o máximo de temperatura adquirida com a reação proposta. Barros (2009) relata a importância do entendimento da temperatura sob o ponto de vista submicroscópico, já que para o autor, este é um parâmetro que se relaciona diretamente com a energia cinética das partículas envolvidas no fenômeno observado, assim temos que a elevação da temperatura significa que um aumento na agitação das partículas, resulta, consequentemente, no aumento da energia cinética das moléculas.

Outro ponto importante observado como satisfatório neste experimento foram as respostas referente às questões 1, 3 e 4 que tratam de processos com variação de temperatura. Segundo Andrighetto, Cardoso e Luchese (2019), tanto no ensino médio quanto no superior é comum verificar dificuldades de compreensão relacionadas às variações de temperatura, identificação de processos endotérmicos e exotérmicos, ou às energias cinética e potencial das partículas.

A Figura 10 apresenta o planejamento da segunda equipe responsável pelo desenvolvimento do Roteiro Experimental Investigativo: A Extração e Combustão do Hidrogênio, na qual o grupo também optou em usar as instalações do laboratório de ciências para preparação de sua atividade.

Figura 10. Planejamento do Roteiro Experimental Investigativo Extração e Combustão do Hidrogênio.

Fonte: Do autor (2020)

A equipe três também optou em desenvolver seu roteiro no ambiente de laboratório. As adaptações foram realizadas no roteiro investigativo com objetivo de expor as energias na extração e na combustão do hidrogênio, daí foram feitas nas quantidades dos reagentes. Como as equipes já citadas, o grupo seguiu todas as recomendações de segurança em sua execução, principalmente por lidarem com reações de combustão. Apresentaram destreza no manuseio do material, além de terem apresentado domínio no conteúdo.

O grupo optou por não fazer mudanças no roteiro experimental, apenas desenvolveu o conteúdo experimental, evidenciando e anotando todos os fenômenos observados na pratica experimental, para poderem, com isso, responder às questões existentes no final do material investigativo.

A Tabela 9 expõe os questionamentos, as competências e habilidades, a categorização, as respostas dos alunos e a percepção desenvolvidas por eles; isso

para a Atividade Experimental 02 no Roteiro Experimental Investigativo: Extração e combustão do gás hidrogênio. As perguntas se direcionam tanto para escrita de reações, desenvolvimento de hipóteses, além de estimular as reflexões a partir das observações experimentais.

Tabela 9 - Questões abordadas no roteiro experimental investigativo: Extração e combustão do gás hidrogênio com suas respetivas competências e habilidades, à luz da matriz de referência do Enem e da escola Aprendente, seguidas de sua categorização, resposta e percepção alcançada pelos alunos.

Questionamento Competência e

Habilidade

Categoria Resposta Percepção alcançada

1. A partir das observações dos fenômenos envolvidos na prática experimental como podemos representar reação de formação e combustão do gás hidrogênio. Utilizar códigos e nomenclatura da química para caracterizar materiais, substâncias ou transformações químicas (CEARÁ, 2009)

Satisfatória 2Al (s) + 6HCl (aq)  2AlCl3 (aq) + H2 (g)

A equipe consegue responder satisfatoriamente, utilizando corretamente os códigos que caracterizam a reação química solicitada, contemplando assim a competência e habilidade esperada.

2. Uma das evidencias observadas com a combustão do hidrogênio é a criação de uma chama intensa. Como podemos explicar esses fenômenos tem termos científicos? Utilizar códigos e nomenclatura da química para caracterizar materiais, substâncias ou transformações químicas (CEARÁ, 2009) Satisfatória 2H2 (g) + O2 (g)  2H2O(v)

Como no item anterior a equipe desenvolve a questão utilizando a codificação correta, com balanceamento dos reagentes e produto, além de apresentar o estado físico da cada participante, indo, assim, de encontro à competência almejada

3. Analisando os diversos fatores que envolvem o processo de obtenção e aplicação do gás hidrogênio, explique por que essa fonte de energia ainda não está sendo aplicada em grande escala.

Elaborar hipóteses explicativas a partir de fenômenos observados (CEARA, 2009); Competência de área 7 - H25 – Caracterizar materiais ou substâncias, identificando etapas, rendimentos ou implicações biológicas, sociais, econômicas ou ambientais de sua obtenção ou produção (BRASIL, 2009).

Regular A chama é intensa porque o hidrogênio tem grande energia.

A elaboração de hipóteses a partir dos fenômenos observados poderia ter sido mais aprofundada. Pois além da intensa chama provocada a equipe poderia falar dos cuidados com o distanciamento no momento da combustão, por conta da dissipação de calor ocorrida pela grande concentração energética do gás hidrogênio.

Fonte: Autoria própria (2020).

A questão três pede para os educandos associarem a energia existente na combustão do hidrogênio associado ao fenômeno macroscópico da cor da chama em prol de justificar sua eficiência energética. Silva e Pitombo (2006) relata que o entendimento dos estudantes a respeito do processo queima, não deve ser fundamentando apenas ao senso comum e em suas concepções prévias, mais acrescentando toda ciência envolvida nesse fenômeno, pois as reações de combustão estão sempre em evidência em nosso cotidiano, com poder de despertar a curiosidade e ser algo essencial para o desenvolvimento da vida

humana na terra. Porém, ainda é pouco usada em aulas práticas no Ensino Médio, tanto no ensino particular como no público (SILVA, PITOMBO, 2006).

O aspecto relevante neste experimento foi identificar que os estudantes conseguiram realizar a transposição do fenômeno visualizado através da reação química, inclusive com a indicação dos estados físicos e seu balanceamento. Logo, a importância em resgatar conceitos tratados em outros momentos é extremamente importante na tentativa de diminuir a fragmentação dos conteúdos de Química, conforme relatado por Meneses e Nunes (2018), essa fragmentação costuma ser também um dos fatores que pode provocar dificuldades na aprendizagem. Esses autores consideram ainda que o estudo das reações químicas é considerado fundamental, por pesquisadores e professores, no campo da componente curricular escolar de Química, e, para compreendê-lo, é necessário conhecer outros conceitos, estes precisam ser bem entendidos para que não surjam concepções errôneas acerca dessas reações (MENESES e NUNES, 2018).

Na continuação, a sequência didática proposta a equipe quatro, responsável pelo desenvolvimento do Roteiro Experimental Investigativo Comparando as Energias dos Combustíveis, planejou e apresentou sua prática nas dependências do laboratório de ciências, como mostramos na Figura 11.

Figura 11. Planejamento do Roteiro Experimental Investigativo Comparando As Energias dos Combustíveis.

O penúltimo grupo escolheu também o ambiente de laboratório para desenvolver e apresentar seu roteiro experimental investigativo. Como o objetivo principal da proposta era comparar a eficiência energética de dois combustíveis distintos, novamente a adaptação do roteiro investigativo ocorreu nas quantidades dos participantes da combustão. Com relação ao desenvolvimento prático da proposta experimental, a equipe seguiu todas as normas e regras de segurança em sua execução, mostrando desenvoltura no manuseio do material, além de terem apresentado domínio do conteúdo.