Compreensões sobre ATP e Interconversões Energéticas nos Processos Vitais

No âmbito desta pesquisa, o olhar na análise das interlocuções nos ‘módulos interativos’, envolvendo o uso de LD, esteve voltado para abordagens e compreensões conceituais relacionadas à respiração. Trata-se de um assunto vivencial, haja vista a sensação de “falta de ar” possivelmente experienciada por parte de cada pessoa, em situações específicas, por vezes em riscos de afogamento ou outras vivências. Contudo, em contexto escolar, trata-se de um conteúdo do ensino de CNT bastante complexo, cujos estudos requerem compreensões com graus elevados de abstração, como as relativas à atuação de enzimas no metabolismo celular.

No EM percebe-se uma ampliação crescente de abordagens e explicações sobre a respiração celular. É preocupante a constatação de que, por exemplo, em LDBIO, elas abrangem crescentes tratamentos de conteúdos bioquímicos, cuja compreensão envolve graus elevados de abstração. As abordagens sobre o metabolismo energético celular (constantes nos LDBIO direcionados para a 1ª série do EM) incluem estudos e entendimentos sobre as vias

metabólicas e suas relações com processos de produção e consumo de ATP na manutenção dos processos vitais.

Esta problemática carece de ser objeto de atenção em contextos de planejamento e execução das práticas curriculares em CNT, no EM. No âmbito dos ‘módulos interativos’ acompanhados, discussões diziam respeito a tal problemática, tendo sido expressos depoimentos, posicionamentos e argumentos que se contrapunham a visões simplistas de que a ‘energia’ é ‘liberada’ ou ‘absorvida’, reduzindo possibilidades de significação conceitual por parte dos estudantes, na área de CNT.

Resultados apresentados neste capítulo dizem respeito a essa linha de preocupação, frente à crença de que tais estudos requerem, por um lado, entendimentos relativos a cada uma das vias metabólicas e reações enzimáticas específicas que integram o metabolismo celular (a exemplo da Glicólise, do Ciclo do Ácido Cítrico ou Ciclo de Krebs, da Cadeia de Transporte

de Elétrons ou Cadeia Respiratória) e, por outro lado, entendimentos relativos às complexas

redes de relações entre as mesmas.

No desenvolvimento dos ‘módulos interativos’, discussões entre os sujeitos faziam referência à necessidade de o professor mediar conceitos complexos e abstratos como os envolvidos nos estudos sobre a constituição química e as transformações que acontecem nos seres vivos, que mantém a vida. As explicações referem-se a processos de transformação de ‘energia’ que acontecem em nível atômico-molecular, sendo que a compreensão exige graus elevados de abstração por parte dos estudantes, o que no EM, nem sempre é possível, pois nem todos os estudantes atingem níveis abstratos de pensamento. No ‘módulo interativo 8’ PEMB1 questionava a complexidade do ensino e das compreensões de conteúdos/conceitos relativos aos processos celulares.

PEMB1: [...]. Um dos conteúdos que eu trabalho e que eu mais gosto de trabalhar,

gosto muito de trabalhar biologia celular. Gosto! Para mim ela é muito desafiadora. Porque ela é muito difícil de trabalhar. Porque no Ensino Médio ela é muito abstrata.

PU1: É. Aqui também é.

PEMB1: Como você tem que imaginar essas rotas metabólicas, essas reações

químicas acontecendo e aqui daqui a pouco tem gente que daqui a meio ano estará em sala de aula. E vocês ainda têm dificuldade para fazer isso. Então vocês imaginam um aluno do Ensino Médio que tem ali os seus 15 anos. É muito difícil. E isso que é o desafio da coisa. O que você faz para tentar minimamente produzir significados para esses conceitos, nesse nível de ensino? Em que níveis você consegue chegar com eles? Ou pode chegar? (M8, 40-42)

A preocupação expressa por PEMB1, na maioria das situações escolares, passa despercebida nos contextos da sala de aula. As capacidades de assimilação por parte dos estudantes, em geral, não são consideradas. Para muitos professores ensinar os conceitos é algo mecânico, estes sequer refletem sobre os níveis de abstração necessários à compreensão dos adolescentes. Nessa mesma linha de compreensão, Vigotski (2001) refere que:

estudos especiais mostram que só depois dos doze anos, ou com o início da puberdade e ao término da primeira idade escolar, começam a desenvolver-se na criança os processos que levam a formação dos conceitos e ao pensamento abstrato. Pode-se considerar que a criança atinge tarde o grau de socialização de seu pensamento, que é necessário para a elaboração de conceitos plenamente desenvolvidos. (p.159)

A complexidade e os graus de dificuldade dos estudos sobre ‘respiração celular’ residem na necessidade de uso, por parte dos estudantes, de conceitos básicos de Química e de Biologia, abstratos por sua natureza, bem como da capacidade de entendê-los de forma dinamicamente inter-relacionada, a exemplo das significações conceituais de processos ‘endotérmicos’ e ‘exotérmicos’, ligações químicas, reação enzimática, coenzima, mitocôndria, ATP, entre inúmeros outros que poderiam ser citados.

Tal preocupação relativa ao grau de dificuldade de compreensão conceitual pode ser remetida à análise de excertos e/ou figuras presentes em LDBIO, a exemplo, do Cap. 8 do LDBIO1, intitulado “Metabolismo Energético – Noções Gerais”. Há uma menção ao “conjunto das atividades metabólicas da célula relacionadas com a transformação de energia, o qual é denominado metabolismo energético.” (p. 159; grifo do LDBIO). Logo após, consta o excerto abaixo, que pode ser analisado quanto a concepções relativas ao conceito ‘energia’ e suas interconversões.

A fonte de energia mais importante para os seres vivos é a luz solar. Essa energia é captada pelos seres clorofilados e transformada em energia química, que fica armazenada em moléculas orgânicas, como a glicose.

A energia armazenada nas ligações químicas das moléculas orgânicas pode ser liberada e empregada na execução das diferentes funções celulares. Para isso as moléculas precisam ser quebradas, e o principal processo metabólico que executa essa função é a respiração aeróbia, durante a qual há participação do oxigênio. (LDBIO1, 2006, p. 159) (grifos nossos).

São inúmeros os LDBIO que, como mostra o excerto acima, usam expressões como “liberada”, “armazenada”, ao se referirem à ‘energia’. Tal simplificação e deturpação conceitual contrapõe-se à complexidade associada ao uso de analogias e metáforas, que,

segundo a literatura, incorrem no risco de criar obstáculos epistemológicos à apropriação do conhecimento científico mediado no contexto escolar.

Em que pese a complexidade da compreensão conceitual de ‘energia’ e de suas dinâmicas de transformações nos processos biológicos, foi possível perceber que o LDBIO1 apresenta os conteúdos e conceitos de forma direta, mediante definições e ilustrações, como se fosse algo de fácil entendimento por parte dos estudantes do EM. A figura que segue exemplifica tal simplificação.

Figura 15. Processos Celulares de Transformação de Energia (LDBIO1, p.160)

Expressões como “processos de liberação de energia”, relativamente à “transformação de energia nos seres vivos”, como no esquema acima, remetem à visão de que a energia é “liberada”, no sentido de ser “para fora” do ser vivo, ou seja, para o meio externo. Não há uma problematização e significação conceitual relativa ao entendimento de reações químicas que acontecem em níveis submicroscópicos. Assim, os entendimentos ficam reduzidos a expressões simplistas como “incorporação” e “liberação” de ‘energia’.

O mesmo livro, ao tratar de “reações químicas”, apresenta, de forma também direta, os conceitos de reação “endergônica” e “exergônica”, apresentando os esquemas abaixo:

Figura 16. Fotossíntese e Quimiossíntese (LDBIO1, p.162)

Na figura/excerto percebe-se que LDBIO1 classifica e exemplifica os fenômenos químicos da quimiossíntese e da fotossíntese como processos ‘endergônicos’, de forma simplista, como um conteúdo de caráter apenas formal. Apesar do item “Atenção” colocar que as representações não contemplam as ‘reações químicas’, referindo-se a estas como um “processo mais complexo”, cabe refletir: por que trabalhar com explicações fragmentadas que não possibilitam uma compreensão sobre o todo? Quais compreensões os estudantes desenvolvem diante de explicações simplistas como estas? Eles conseguem estabelecer relações com conhecimentos de níveis submicroscópicos?

Outras ilustrações como as apresentadas abaixo também denotam uma simplificação de explicações complexas relativas a contextos vivenciais, sem permitir uma compreensão adequada, relativamente às Ciências, sobre os processos metabólicos envolvidos no funcionamento e manutenção da vida, considerando-se o contexto celular. Durante o ‘módulo interativo 9’ foi apresentado e discutido o slide contendo a gravura e o excerto da Figura 17:

Figura 17. Reações Químicas, Acoplamento de Reações e ATP. (LDBIO1, 176)

Pode-se dizer que em abordagens como as da Figura 17, conceitos como o de reação ‘exergônica’ e ‘endergônica’ são tratados de forma simplista, sem considerar a complexidade dos processos de transformação e conservação de ‘energia’ envolvidos. No ‘módulo interativo 2’ PU1 manifestava-se sobre dificuldades de compreensão do metabolismo celular no ES e que devem ser mais presentes no âmbito do EM.

PU1: Nesta turma de licenciatura estamos desde março estudando o metabolismo celular, a glicólise, [...] eu desafiei a turma que eles analisassem livros didáticos do Ensino Médio, como é que [...] esse assunto comparece lá para ser ensinado. A gente aqui percebe como esse assunto é complexo, quando aqui mesmo a gente vai compreender teoricamente como esses mecanismos são propostos, a gente tem essa visão que compreender o metabolismo celular é algo complexo.(M2, 7)

No âmbito deste trabalho, considera-se importante que os processos de formação de professores propiciem reflexões sobre essa complexidade do conceito ‘energia’, considerada acima por PU1 e pela pesquisa dos licenciandos. Nem sempre há consciência de limitações

associadas à simplicidade e objetividade de abordagens em LD, independente do nível de ensino.

No capítulo 6 de LDBIO1, intitulado “Metabolismo energético das células”, a introdução a esta abordagem é realizada a partir das definições que seguem:

Nas reações químicas, moléculas reagentes interagem entre si e se transformam em outras moléculas denominadas produtos.

Existem reações químicas que, para ocorrer, precisam receber energia. Elas são chamadas endotérmicas. Nesses casos, os reagentes têm menos energia do que os produtos. A fotossíntese e a quimiossíntese são processos endotérmicos.

Outras reações, no entanto, liberam energia. Elas são exotérmicas. Nessas reações, os reagentes possuem mais energia do que os produtos, e parte da energia dos reagentes são liberados na forma de calor. A respiração e a fermentação são processos exotérmicos. (LDBIO1, p. 88) (grifos do LDBIO).

A maneira simplista como LDBIO1 aborda reações químicas ‘endotérmicas’ e ‘exotérmicas’, relacionando a conceitos fundamentais a serem compreendidos no EM, a exemplo da ‘fotossíntese’, ‘quimiossíntese’, ‘respiração’ e ‘fermentação’, possivelmente não possibilitam compreensões e inter-relações por parte dos estudantes. A interpretação necessária para o entendimento conceitual desses processos complexos é assim referida pela literatura:

A interpretação atômico-molecular de processos endotérmicos e exotérmicos exige clareza quanto aos aspectos macroscópicos dos experimentos. Há muitas dificuldades com as definições de sistema e de vizinhança e com o fato de ser ou não possível a troca de calor entre eles – e, em caso afirmativo, dúvidas quanto às consequências do restabelecimento do equilíbrio térmico. Nos níveis microscópicos ainda existem as dúvidas quanto à associação de ruptura e formação de ligações (ou de interações intermoleculares) com absorção e liberação de energia, como também quanto à identificação desses fenômenos com alterações na energia potencial das partículas envolvidas. (BARROS, 2009, p.1).

Logo após as abordagens com limitações aos entendimentos dos estudantes, em LDBIO2 constam imagens representativas dos processos de fotossíntese, que não podem ser compreendidos tão simplesmente como “incorporação” ou “liberação” de ‘energia’.

Figura 18. Fotossíntese (LDBIO2, p. 88)

Figura 19. Respiração Aeróbia (LDBIO2, p. 88)

Questionamentos eram levantados durante o módulo 9, sobre as compreensões dos estudantes do EM a respeito do importante e complexo conceito ‘energia’, na área de CNT, a partir de imagens inadequadas como as das Figuras 17 e 18, a do morro energético e outras analogias presentes em LDBIO e LDQUI.

PU2: Que energias são essas que estamos falando? São diferentes para Física,

Química e Biologia? O que vocês entendem por energia?

L2 ((cochicho)): Pra mim é a mesma coisa.

PU2: Então aqui tem outra representação de um livro didático de uma reação

exotérmica e de outra endotérmica fala em energia. Todas tem energia. O que é energia? O que vocês entendem por energia? Tem uns autores que falam em interconversões de energia.

PU2: Então essa, a M1 me passou esse slide e eu achei bem interessante mesmo.

“As substâncias interagem entre si e se modificam por meio de absorção, dissipação e trocas de energia. Nesse processo, enquanto ligações químicas são rompidas e novas ligações são formadas, há sempre o envolvimento de energia. Nas transformações de substâncias, a energia potencial de ligação química é transformada em energia cinética molecular, aumentando a temperatura do corpo.”

((LDCIE1, p.71)). Então são ligações, as ligações é que fornecem essa energia, que

então a gente percebe esse calor.

PU1: Ou até mesmo mantendo o organismo.

PU2: Ou mantendo o organismo pelas interconversões dessa energia potencial que

a molécula tem, então porque a energia é a mesma, tudo tem energia.

PU1: O total de energia.

PU2 - A energia total é a mesma. O que acontece são interconversões, da energia

potencial das moléculas ((que)) são transformadas em cinética, ((não é toda, há

novas energias potenciais, porque há novas moléculas)) que podem ser dissipadas

que tu nem percebe, ou tu pode perceber o calor. (M9, 71-79)

PU2, ao questionar os sujeitos presentes no ‘módulo interativo’, sobre entendimentos e concepções diferenciadas de ‘energia’ no âmbito de cada campo disciplinar de CNT, chama atenção para o LDCie1, utilizado nas séries finais do EF e como subsídio nos ‘módulos interativos’. Por ser um LDCIE do EF, nível do ensino em que são iniciados os processos de formação conceitual relacionados à ‘energia’, respiração, entre outros, tal discussão justifica- se, por perceber-se um avanço na forma conceitual de tratamento didático, tendo sido observada a presença, ao longo do mesmo, de abordagens adequadas e coerentes com a forma científica com que os termos são entendidos e tratados. Apesar da palavra “libera” ainda estar presente em LDCIE1, a partir de análise do mesmo percebeu-se grande avanço em relação à abordagem das transformações entre matéria/energia, como a citada no episódio acima.

Tal análise contrapõe-se a visões limitadas e fragmentadas, da área, presentes na maioria dos LDBIO que abordam ‘energia’, a partir de ideias relativas a concepções como “libera energia”, usualmente utilizadas em situações cotidianas. Nossa preocupação é de que, em aulas de CNT, esta expressão tende a criar obstáculos à construção da compreensão cientificamente aceita sobre as transformações envolvendo matéria e ‘energia’. Em vista da complexidade das transformações envolvidas, ao invés de restringir ao termo ‘energia química’, caberia considerar formas diversas de energia envolvidas, como potencial, cinética, eletrostática.

Frente a expressões simplistas e equivocadas presentes em vários LDBIO e LDQUI do EM, resultando em compreensões incoerentes com formas científicas adequadas de explicação, cabe considerar que não podemos mais voltar a definições arcaicas dos conceitos, uma vez que estudos sobre a natureza do calor sempre estiveram em foco para os químicos e

físicos, dos séculos XVIII e XIX, Lavoisier apoiava a chamada ‘hipótese calórica’, segundo a qual o calor se devia à transmissão de um fluido calórico dos corpos mais quentes para os mais frios. Nesse sentido, essa forma ultrapassada e descontextualizada de abordar conceitos pode incorrer em assimilações em que os estudantes possam imaginar uma situação em que exista uma ‘energia’ retida em um material, a qual depende de alguma reação para ser liberada.

LD amplamente utilizados no EM também abordam de forma simplista os processos complexos de reações referidas como ‘exotérmicas’ e ‘endotérmicas’, possivelmente sem estabelecer relações ou diferenciações entre as noções de reação ‘exergônica’ e ‘endergônica’, incorrendo, dessa forma em obstáculos epistemológicos às compreensões científicas, como tratado no Capítulo 2. Tais obstáculos podem ser remetidos a figuras como a 20, referente às “reações acopladas” quanto às interconversões de energia.

Figura 20. Reações Acopladas (LDBIO1, p.163)

Tal forma de abordagem, sem contemplar explicações acerca das transformações que acontecem em níveis submicroscópicos, incorrem em obstáculos ao desenvolvimento de conhecimentos escolares coerentes com as formas científicas de explicação. Isso acomoda o

pensamento, impedindo os entendimentos conceituais por parte dos estudantes. A figura compromete a compreensão, devido a equívocos reportados à visão de ‘liberação’ e de ‘incorporação’ de ‘energia’ como mero movimento de caminhõezinhos num ir e vir com ou sem a ‘carga’.

Acredita-se que mediações de saberes por parte de sujeitos com formação e atuação profissional em diferentes níveis educativos permitem um enriquecimento das ideias e argumentações, concebido como fator propulsor de mudanças no ensino de CNT, em contraposição à primazia das visões simplistas como a de que o professor seria o detentor dos conhecimentos ‘verdadeiros’, bem como a concepção extremista de que o ‘aluno constrói o seu conhecimento’, o que negligencia a essencialidade do papel mediador do professor. Corroboram tal visão as ideias de que:

o que afeta diretamente o desenvolvimento dos conteúdos científicos em sala de aula é a maneira como o docente é formado ou até mesmo a visão que possui sobre o que é Ciência e a atividade científica. ... os professores parecem possuir uma concepção arraigada de que ensinar conteúdos científicos é transmitir conhecimentos prontos. Assim, segundo o autor, torna-se difícil esperar que um professor formado com uma concepção de Ciência como algo estático desenvolva práticas que privilegiem outra visão da atividade científica, se ele próprio não vivenciou tal processo. (LONGHINI, 2008, p. 243)

Assim, dificuldades por parte dos professores da área de CNT em compreender e ensinar o conceito ‘energia’ podem ser reportadas aos processos formativos baseados no currículo tradicional, em que cada disciplina trata os conteúdos sem interlocuções dos pares, não promovendo um ensino inter-relacional dentro da própria área. Limitações a compreensões conceituais no ensino e na formação para o ensino, apesar de vários avanços significativos, permanecem atreladas a abordagens inadequadas em LD. Não desconsiderando a importância do LD no contexto escolar, sugere-se que haja um olhar mais crítico sobre as formas como conteúdos/conceitos são abordados, na perspectiva de preservar a coerência com as Ciências e, por outro lado, de valorizar as inter-relações necessárias a uma verdadeira compreensão conceitual, enquanto sistemas de relações a serem considerados no ensino de conteúdos/conceitos complexos, como é o caso de ‘energia’. Nesse sentido, cabe refletir que:

é preocupante evidenciar as dificuldades dos professores em conteúdos de Ciências, muitas vezes de nível elementar. Na carência de conhecimentos de conteúdos científicos, a interação acaba quase sempre sendo com o próprio livro didático disponível nas escolas, o que limita o aprofundamento de tais conteúdos. Além disso, a prática de consulta a livros didáticos pode reforçar alguns erros conceituais, devido à qualidade ainda sofrível de muitas destas obras. [...] Caso contrário,

corremos o risco de continuarmos formando o professor pleno em metodologias, mas vazio em conteúdos. (LONGHINI, 2008, p.251)

Apesar das políticas públicas, com a publicação de leis e documentos que orientam a educação nacional, é necessário reforçar movimentos de mudança mediante os quais todos os sujeitos que atuem no ensino tenham capacidade de desenvolver compreensões acerca dos conhecimentos científicos e que estes sejam ensinados de forma que venha a auxiliar na resolução de problemas típicos ao contexto cotidiano. Frente a esta concepção, cabe refletir sobre o necessário cuidado para não incorrer na implementação de um currículo pouco rigoroso.

O risco grave é de que se percam de vista os objetivos maiores do ensino de Ciências, que deve incluir a aquisição do conhecimento científico por uma população que compreenda e valorize a Ciência como empreendimento social. Os alunos não serão adequadamente formados se não correlacionarem as disciplinas escolares com a atividade científica e tecnológica e os problemas sociais contemporâneos. (KRASILCHIK, 1987, p. 66)

Essa linha de entendimento remete a discussões sobre a necessidade de compreender limitações de abordagens conceituais de ‘energia’ em LD utilizados em aulas de CNT, conforme reflexões vivenciadas durante o desenvolvimento dos ‘módulos interativos’. Percebia-se uma maior conscientização no sentido de o professor não vir a tomar o LD como