Caracterização da Unidade Didática de Ensino de Ligação Iônica As atividades fundamentadas em modelagem para o ensino de ligações iônicas são um dos

frutos do meu trabalho de Mestrado (Mendonça, 2008). Elas já foram aplicadas em vários contextos de ensino distintos, situações que fundamentaram a análise crítica das mesmas, colaborando para possíveis modificações e reformulações, o que nos levou à elaboração da versão aplicada nesta pesquisa, que se encontra no Apêndice 5.

A Atividade 1 (classificar diferentes sistemas como modelo ou não e justificar) foi formulada com os objetivos de tornar claro o significado de modelo na ciência e de distingui- lo do significado cotidiano desta palavra. Tentar garantir que os estudantes entendam esses aspectos é algo importante levando em consideração as recomendações da literatura (Chittleborough, Treagust, Mamiala, & Mocerino, 2005; Grosslight, Unger, Jay, & Smith, 1991; Saari & Viiri, 2003) que apontam que muitos alunos (i) pensam em modelos como cópias reduzidas da realidade; (ii) têm dificuldade de conceber a existência de múltiplos modelos para um mesmo fenômeno ou entidade; (ii) têm dificuldade de conceber o escopo e as limitações de modelos; (iv) geralmente, não utilizam modelos para realizar previsões; e (v) têm preferência por modelos concretos e simplificados. Assim, pensamos em sistemas que pudessem facilitar a discussão de aspectos importantes sobre modelos, contribuindo para modificar as possíveis concepções prévias dos alunos sobre o assunto. Julgamos ser muito importante para aqueles imersos num processo de modelagem discutir sobre o que são modelos, suas utilidades e suas limitações de forma mais geral, pois tal discussão pode ampliar seus conhecimentos sobre modelos na ciência, contribuindo para a aprendizagem sobre ciência. De acordo com Justi e Gilbert (2003), o estudante não altera sua visão sobre a natureza dos modelos como resultado da transmissão direta de definições formais ou do conhecimento de um modelo em particular. O que buscamos, então, foi uma atividade que atendesse a esses fins, que possibilitasse a emergência das principais ideias dos alunos sobre modelos, e que favorecesse a discussão das mesmas de forma que se chegasse a um consenso da turma.

A Atividade 2 foi proposta com o intuito de proporcionar aos estudantes um primeiro contato com a atividade de modelagem (que era algo totalmente novo para eles).

Assim, as duas primeiras atividades serviram para os estudantes terem um primeiro contato com modelagem e começarem a pensar sobre o que é um modelo na ciência. Além disso, elas foram importantes para favorecer a aproximação da pesquisadora com os alunos e para que os mesmos começassem a se acostumar com a presença da filmadora. Os dados obtidos durante a aplicação destas atividades não são analisados nesta tese. Considerando os objetivos deste estudo, nosso foco foi direcionado para a estória dos estudantes quando da proposição, teste e revisão de modelos para as ligações iônicas.

As demais atividades têm relacionamento explícito com o conteúdo de ligações químicas. A Atividade 3 foi pensada com o objetivo de oferecer aos estudantes (i) uma

noção geral sobre ligação química e energia a partir: do relacionamento quebra de ligações ocorrer com absorção de energia e a formação de ligações ocorrer com liberação de energia; (ii) da oportunidade de pensar na relação abaixamento de energia e estabilidade do sistema em função das ligações químicas; e (iii) da compreensão de ligação química como um equilíbrio de forças atrativas e repulsivas. Saber sobre a relação entre estabilidade, energia e ligações químicas é importante para que os estudantes tenham uma noção mais ampla do assunto, de forma diferente do ensino tradicional, no qual praticamente não se discute a estabilidade em termos energéticos, mas através de regras e classificações (Mortimer, Mol, & Paes, 1994). Essa Atividade foi pensada em relação à subetapa ter experiências com o alvo do diagrama Modelo de Modelagem, no sentido de desenvolver ou disponibilizar alguns dos pré-requisitos necessários à construção de modelos para substâncias iônicas (Atividade 5), à reformulação de modelos em virtude da análise de dados energéticos (Atividade 7) e ao entendimento da energia de rede (Atividade 8). Portanto, ao final desta atividade, espera-se ue os estuda tes possa usa a ideia de e or conteúdo energético, aio esta ilidade (advindo da discussão das observações experimentais) nas atividades seguintes de proposição, teste e revisão de modelos.

A Atividade 4 (propor um modelo para a formação de íons, em específico íons sódio

e cloreto, utilizando dados de 1a _{energia de ionização e afinidade eletrônica) foi formulada}

com o objetivo de levar os estudantes a relacionar a formação de íons com explicações envolvendo energia e forças de atração – ao invés de simplesmente utilizando regras, como a do octeto (muito comum e enfatizada no ensino tradicional) (Mortimer et al., 1994). Ela se relaciona à subetapa ter experiências com o alvo, no sentido de desenvolver ou disponibilizar alguns dos pré-requisitos necessários à construção de modelos para substâncias iônicas.

Na Atividade 5, os estudantes são solicitados a propor um modelo para a substância cloreto de sódio após a evaporação da água presente em uma solução de cloreto de sódio (etapas produzir e expressar um modelo em alguns dos modos de representação). Nessa atividade, os alunos são solicitados a expressar o modelo em diferentes formas: desenho (representação 2D), concreto (representação 3D), verbal e escrito. São propostas também questões para integrar o conhecimento prévio desenvolvido nas outras atividades (relacionamento entre forças de atração e repulsão, energia e estabilidade) e o modelo solicitado. Ao produzir e expressar o modelo, o estudante deve justificar porque seu modelo caracteriza o cloreto de sódio. Neste momento, devem aparecer argumento(s) para

defender cada tipo de modelo produzido no grupo ou na sala de aula. Segundo aplicações anteriores dessa proposta de ensino (Mendonça & Justi, 2009a, 2009b; Mendonça & Justi, 2011) e de acordo com a literatura (por exemplo, Taber, 1994, 1997), geralmente, os estudantes apresentam dois tipos de modelos: um similar a uma rede de íons que interagem e t e si e out o o ual pa es de ío s i te age pa i i o ou NaCl ol ula . Pa a o modelo em rede, espera-se que os argumentos dos estudantes tenham como elementos

justificatórios: a existência de interações entre cargas devido aos íons32 formados, a

interação entre vários deles levar à estabilidade da substância, e a ocorrência de abaixamento de energia do sistema quando os vários íons se ligam. Por outro lado, é espe ado ue os estuda tes justifi ue o odelo NaCl ol ula o ase e odelos prévios, como o do octeto, que se relaciona à transferência de elétrons, e em suas ideias sobre a formação de moléculas. Eles podem levar em consideração vários elementos de natureza teórica e empírica disponibilizados pelas atividades ou advindos de seus conhecimentos anteriores na proposição de seus argumentos para defesa de um dos modelos.

Na Atividade 6, os estudantes têm a oportunidade de testar seus modelos quando são solicitados a utilizá-los para explicar a elevada temperatura de fusão do cloreto de sódio. Portanto, essa atividade tem relacionamento com a etapa 3 do diagrama Modelo de Modelagem, pois favorece a condução de experimentos mentais. Caso os estudantes tenham construído um modelo ´NaCl molécula´ eles devem refletir sobre a possibilidade de o mesmo ser capaz de explicar o motivo de o cloreto de sódio requerer grande quantidade de energia para se fundir. Caso consigam perceber incoerências em seus modelos, os estudantes devem propor um novo modelo que seja compatível com a evidência experimental. Se eles já tiverem proposto um modelo em rede anteriormente, podem testá-lo com o intuito de perceber se ele explica o dado experimental, o que constitui uma evidência para o argumento de defesa ao modelo. No caso do teste da propriedade física, julgamos importante que esse dado seja explicitamente levado em consideração nos argumentos apresentados, uma vez que isto evidenciaria uma compreensão dos estudantes sobre o objetivo da atividade e por atingir um dos principais objetivos da argumentação no contexto da modelagem, que é avaliar modelos para determinar se eles se ajustam aos dados, isto é, a potencialidade dos mesmos frente à realidade (Bottcher & Meisert, 2010; Bravo Torija & Jiménez-Aleixandre, 2010; Giere, 2001).

A Atividade 7 oferece nova oportunidade para o teste do modelo (análise de dados

energéticos: quantidade de energia liberada na formação de um mol de pares Na+Cl— e de

um mol de uma rede de íons). Portanto, ela também se relaciona com a etapa 3 do diagrama Modelo de Modelagem (testar o modelo através da condução de experimentos mentais). Em outros termos, ela se constitui em uma nova chance para confirmar a validade dos modelos em rede a partir de argumentos que utilizem dados e/ou justificativas teóricas e para

des a ta odelos NaCl ol ula a pa ti da dis ep ia dos es os o as e id ias.

Aqui esperamos que os estudantes possam propor argumentos mais fundamentados para o modelo defendido, pois poderão levar em consideração as evidências dos testes (dois tipos de dados secundários) para fundamentar os mesmos.

É importante destacar que nas Atividades 6 e 7 os estudantes têm a oportunidade

de refletir sobre suas ideias prévias (expressas no modelo) a partir de dados – algo apontado

pela literatura (por exemplo, Chinn & Brewer, 1998) como extremamente importante para termos indícios da visão epistemológica dos sujeitos a respeito do papel de dados na construção do conhecimento científico ou para perceber a relação entre uso de dados e conhecimento prévio (Hug & McNeill, 2008; Kerlin et al., 2010). Em outras palavras, é possível perceber como o estudante lida com um dado que pode, ou não, ser percebido

como anômalo ao seu modelo.

A Atividade 8 foi construída com o intuito de ampliar os conhecimentos dos estudantes sobre ligação iônica, de forma a possibilitá-los usar o modelo para explicar a dureza e tenacidade de compostos iônicos. Além disso, ela solicita o cálculo da energia de rede do cloreto de sódio, o que favorece a retomada de conhecimentos desenvolvidos durante o processo e de uma justificativa para a estabilidade da substância a partir de dados

termodinâmicos – e não a partir de regras usuais (estabilidade a partir do octeto e ligação

iônica como transferência de elétrons) como no ensino tradicional (Taber, 1994, 1997). Assim, ela se relaciona à etapa 4 do diagrama Modelo de Modelagem (avaliação da

abrangência e das limitações do modelo).Essa atividade também não é analisada na tese,

pois não foi possível sua realização na sala de aula. A professora apenas discutiu aspectos presentes na mesma quando recapitulou o estudo de ligações iônicas em uma aula de fechamento do assunto com caráter mais expositivo e menos aberta à participação dos estudantes. A professora tomou essa decisão em virtude do tempo disponível frente ao cronograma de avaliações da escola.

4.2.2. Caracterização da Unidade Didática de Ensino de Interações