As dificuldades deste domínio dizem respeito ao grupo de dificuldades que provém da elaboração de planificações e de representações. Começou-se por analisar as tarefas um e dois, e depois, o conjunto das quatro primeiras tarefas.
Pois, apenas nas duas primeiras tarefas se apresentam questões que exigiam conhecimento e aptidões para planificar uma atividade laboratorial. Nestas pretendeu-se estudar a reatividade dos elementos dos grupos um e dois, apresentando uma estrutura semelhante. Em ambas era pedido que: planificassem uma atividade laboratorial exigindo que os alunos soubessem descrever, corretamente e com rigor e completude, os materiais e os reagentes, bem como o procedimento e os cuidados de segurança a tomar; e que escrevessem a equação química, requerendo, por um lado, compreensão científica da respetiva reação química e, por outro, conhecimento quanto a essa escrita, isto é, ser por ordem dos reagentes para os produtos, separados por meio de uma seta indicativa de reação e denominar cada substância pelo nome ou símbolo do elemento ou composto, seguido do seu estado físico.
As planificações foram elaboradas em turma, pelo que, possivelmente, poucos alunos se sentiram perdidos a escrevê-las. Embora haja algumas planificações estruturalmente bastante bem organizadas, podem-se identificar dificuldades dos alunos quanto à correção científica e quanto à sua completude.
Pelas notas de campo do investigador, os alunos demonstraram pouca fluidez no início da elaboração das planificações, principalmente na primeira tarefa, possivelmente pela sua falta de familiarização com vários aspetos, como a possibilidade de os metais poderem ser cortados (necessidade de um bisturi) e de serem extremamente reativos (necessidade de uma pinça). Por esse motivo, estas e outras informações foram sendo discutidas ao longo da elaboração da planificação, pelo que a maioria dos alunos, gradualmente, foi capaz de remeter a todos os materiais e reagentes necessários, visível nas suas planificações. Contudo, a maioria dos alunos referiu na entrevista, como principal dificuldade, não “saber [ou se] lembrar dos nomes dos materiais”. De notar que, mesmo após se discutir e se indicarem oralmente todos os materiais e reagentes necessários, houve incorreções científicas e no que diz respeito às nomenclaturas, havendo dois alunos (sentados lado a lado) que não apresentaram os materiais separados
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do procedimento na primeira tarefa. Nos registos escritos dos alunos, na tarefa um, houve alunos que escreveram termos que substituíram o termo correto:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 1 – questão 2, alunos A6, A15 e A5) Como “balde”, “tigela” ou “copo”, em vez de “tina” para se referirem ao recipiente onde se deu a reação dos metais alcalinos com a água.
O facto de se estar a trabalhar com a turma num grande grupo levou, possivelmente e devido à confusão em sala de aula, a estas falhas de nomenclatura dos materiais. Os alunos não se lembrarem dos nomes dos materiais pode estar relacionado com estes nomes serem uma novidade para eles, com uma baixa familiarização (e.g.: segundo as notas de campo do investigador os alunos não associam a palavra “tina” a um objeto do dia-a-dia). Quanto à completude e rigor científico das planificações notaram-se, como já foi referido, umas mais bem conseguidas que outras. Apontem-se as que indicam dificuldades por parte dos alunos. Alguns alunos tiveram dificuldade em escrever o procedimento completo:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 1 – questão 2, alunos A8) Este aluno começou por iniciar corretamente a planificação, desistindo a meio. Note-se que teve o cuidado de apontar a colocação das gotas de fenolftaleína (riscado) como parte do procedimento. Foram poucas as planificações incompletas como esta, no entanto.
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A maior parte das dificuldades das planificações na tarefa dois, por outro lado, proveio de se procederem a duas reações, ao contrário da experiência da tarefa anterior, em que sucedeu apenas uma: a dos metais com o oxigénio, seguida da dos óxidos com a água. Isto gerou confusão em alguns alunos que, embora tenham elaborado uma boa planificação, omitiram a segunda reação, por exemplo:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 2 – questão 5, alunos A5 e A9) Esta experiência envolvia a reação dos óxidos dos metais com a água, pelo que se tratavam de duas reações: primeiro, a reação dos metais com o oxigénio e, depois, a reação dos óxidos formados com a água. No exemplo anterior, os alunos não explicitam que o que se colocou na água foram os óxidos e não os metais. Pelas notas de campo do professor, os alunos demostraram não perceber, por um lado, do que se tratava a segunda reação (reação dos óxidos dos metais com a água), por outro, qual era a função da lamparina se o resultado final era o mesmo que o da reação direta dos metais com a água, tal como tinham feito na experiência da tarefa anterior.
Após observarem as reações, escreveram as respetivas equações químicas. Os alunos apresentaram poucas dificuldades na sua escrita, no entanto, o seu acerto foi o que os alunos demonstraram e apontaram como mais difícil. Assim que foi perguntado, na entrevista ao segundo turno, que dificuldades tinham tido na escrita das equações químicas:
Prof.: “(…) que dificuldades tiveram na representação das reações químicas?” A7: “Tivemos de escrever equações.”
A3: “Foi difícil.”
Prof.: “O que foi difícil?”
Vários alunos: “Dificuldade em acertar os números.”
Prof.: “Ou seja, colocar o mesmo número de átomos nos reagentes e nos produtos?”
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(Entrevista em grupo focado, turno 2) Note-se que o aluno A3 escreveu na sua reflexão da primeira tarefa:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 1 – reflexão, aluno A3) Reforçando a persistência da dificuldade que sentiu desde a primeira tarefa até à entrevista, que foi feita após a última tarefa.
Quando os alunos mencionaram o acerto dos “números”, referiam-se à estequiometria. No seu ano de escolaridade (9.º ano) não é um aspeto fulcral, mas é trabalhado em alguns momentos. Este acerto foi feito em conjunto com os alunos, mas, ainda assim, houve alguns erros, tal como na primeira tarefa:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 1 – questão 4, aluno A10) E:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 1 – questão 4, aluno A5) E na segunda:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 2 – questão 7a, A5) Pode-se notar que nas três se notam erros de diferentes natureza: o aluno A10 escreveu “M” em vez de “Na” pois o professor, após a discussão em turma e elaboração de uma equação química válida, escreveu-a no quadro de uma forma geral para todos os metais
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(sódio, lítio e potássio), usando a letra “M” como símbolo para metal; o aluno A5, na tarefa um usou, na mesma equação, tanto o nome como o símbolo químico para descrever os elementos presentes na reação e na equação da tarefa dois falta o estado físico do óxido de magnésio, algo que a maioria dos outros alunos escreveu. Talvez se possa, por isso, deduzir que estes alunos apresentam erros de distração, mais precisamente, de falta de foco na escrita da sua resposta, e que seja essa a causa dos erros no acerto das equações. É de notar, através da equação escrita pelo aluno A10, a influencia que tem o professor escrever no quadro uma resposta, dando aso a uma tendência maior, por parte do aluno, para copiar diretamente do que para analisar o que escreve.
Analisando agora o conjunto de todas as tarefas, puderam-se extrair dificuldades relacionadas com a escrita de outra representação, crucial para a aprendizagem do tema da tabela periódica: a distribuição eletrónica.
Houve poucas dificuldades visíveis neste tópico, em parte porque as distribuições eletrónicas foram sempre usadas para discutir em turma as reatividades e as variações das reatividades e acabaram por ser escritas no quadro, algumas delas.
Aponte-se apenas para a resposta de um aluno:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 3 – questão 3, aluno A15) Esta resposta já tinha sido usada como exemplo de outras dificuldades, pois apresenta dificuldades em vários níveis. Este aluno demonstra dificuldades na compreensão da distribuição eletrónica. Note-se que no exemplo que dá quanto à distribuição eletrónica do sódio (Z = 11) “2-8-1”, não percebeu que “ganhar +1” eletrão faria a distribuição tornar-se “2-8-2” e não “2-8” como menciona.
Mas, visto que do resto dos registos escritos não se observam dificuldades na escrita desta representação, exponham-se as respostas dos alunos nas entrevistas e em algumas reflexões do final de cada tarefa.
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O extrato seguinte faz parte da reflexão da tarefa quatro, na qual são perguntadas as dificuldades sentidas. O aluno responde:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 4 – reflexão, aluno A2) Evidenciando dificuldades sentidas na escrita deste tipo de representação – configuração eletrónica. No entanto, é possível que o aluno se esteja a referir à escrita da distribuição eletrónica do xénon, que envolve conhecimentos de química do nível do secundário e que surgiu nesta tarefa devido ao contexto associado.
Na entrevista, um dos alunos aludiu mesmo à sua dificuldade neste campo, ao ser questionado algo bastante mais geral – dificuldades sobre a reatividade:
Prof.: “Que dificuldades sentiram em aprender sobre a reatividade?”
A3: “No preenchimento do coiso dos eletrões de valência. Ter um número para cada átomo e termos de meter em cada.”
Prof.: “Como é que isso se chamava?” A1: “Distribuição eletrónica?”
A3: “Sim, distribuição eletrónica confusa.”
(Entrevista em grupo focado, turno 2) Em relação à representação dos níveis energéticos, que embora não faça parte das metas do ano atual, é interessante fazer a sua análise dada a sua proximidade à representação da distribuição eletrónica. Segue-se o exemplo:
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(Registos escritos dos alunos, tarefa 2 – questão 9, aluno A6) Note-se como a sua justificação apresenta alguma correção e precisão, mas que demonstra dificuldades, por confundir o tamanho das camadas com o número de camadas. O aluno desenha duas representações que simbolizam as camadas energéticas de cada elemento, cálcio (quatro níveis energéticos) e magnésio (três níveis energéticos). De facto, os eletrões da camada de valência do cálcio (assunção: representação do lado esquerdo), apresentam-se mais afastados do núcleo e, como tal, o aluno justifica que é “mais fácil perder [o eletrão de valência] pq tá + longe”. No entanto, aponte-se para o número de linhas que, representando cada linha uma camada, evidenciado pelo “2” escrito pelo aluno, é igual para os dois elementos. O aluno apresenta, então, dificuldades em utilizar a representação do modelo de Bohr, na medida em que não considera o afastamento da camada de valência do núcleo como consequência do número de camadas..
Apresentadas as dificuldades no domínio processual, expõem-se, na próxima e última subsecção, as dificuldades que os alunos exibiram ao serem sujeitos a questões que envolviam uma articulação de alguns dos domínios STEM.
Articulação STEM
A articulação STEM, no âmbito deste trabalho de cariz investigativo, articula os quatro domínios ao conjunto das tarefas para abordar o tema da tabela periódica. Como tal, nem todas as tarefas apresentam os quatro domínios em articulação. Analisem-se estas dificuldades, tarefa a tarefa, por questões de organização. Apenas foram observadas dificuldades, nesta subdimensão, nas tarefas um, dois e três.
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Na tarefa um é mais salientado o aspeto da engenharia e da tecnologia, e um bocado de matemática. A parte da tarefa que aborda a articulação é a última questão (questão 1 da parte “vai mais além…”) e nesta é questionado qual o elemento que o aluno acha mais apropriado ser usado para as baterias dos telemóveis entre o lítio, o sódio e o potássio, tendo em consideração um conjunto de fatores, nomeadamente, a eficiência energética, os custos de produção, o tempo de vida da bateria e a abundância no planeta Terra. O último fator é dado sob a forma de um histograma.
A maioria dos alunos mostrou dificuldade em formular uma resposta com um contributo pessoal, sendo que se limitou a descrever os dados que achava mais apelativos à sua resposta, sem remeter aos contextos do mundo real e sem apresentar uma conclusão bem fundamentada. Para além disso, também não fazem a relação com a própria tecnologia em vigor – o telemóvel – à sua utilização, à sua manutenção e aos processos aos quais é sujeito. Apresenta-se um exemplo das muitas respostas semelhantes:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 1 – questão 1 da parte “vai mais além…”, aluno A13) Tendo mostrado incapacidade de elaborar uma nota conclusiva, embora recorra aos vários fatores.
Um aluno apresentou parte do seu raciocínio fora do espaço da resposta, diretamente nos dados:
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(Registos escritos dos alunos, tarefa 1 – tabela 1 da parte “vai mais além…”, aluno A5) Apresentando a seguinte resposta, baseada nestes círculos:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 1 – questão 1 da parte “vai mais além…”, aluno A5) O que está escrito parece ser: “o potássio porque o custo de [produção] é baixo, o tempo de durabilidade é longo e é facilmente encontrado na crosta terrestre”. Uma resposta do mesmo nível das anteriores, embora tenha explicitado o seu raciocínio na medida em que colocou círculos após uma análise de cada fator. Desta forma, o aluno selecionou para cada fator, qual o elemento que considerou mais adequado, não o explicitando, depois, na sua justificação.
É possível que isso tenha ocorrido com a maioria dos alunos, isto é, refletir sobre o problema, mas não ser capaz de transmiti-lo por escrito. Isso demonstrou que os alunos têm dificuldades em transcrever as suas ideias, algo implicitamente referido nas reflexões de várias tarefas, por exemplo:
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Muitos outros alunos, ao longo das tarefas, referiram não gostar de preencher as fichas, especificamente. Assim sendo, é reforçada a ideia de que os alunos têm dificuldade em escrever as ideias que elaboram no seu raciocínio. Um dos alunos apresentou uma grande dificuldade em justificar a sua escolha:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 1 – questão 1 da parte “vai mais além…”, aluno A15) Demonstrando dificuldade, para além de na leitura do histograma, na formulação de uma ideia com base em vários fatores, uma aptidão própria de engenharia. O aluno leu o histograma como se o eixo vertical representasse o tamanho do átomo, em vez da abundância no planeta Terra, o que era descrito na introdução ao contexto e explicitado no próprio título do gráfico. Quanto às aptidões para optar por um produto com base em diversos fatores, o aluno demonstrou claramente dificuldades em organizar o seu raciocínio, apresentando apenas um dos fatores e não concluindo nem justificando de forma aceitável a sua resposta.
Na tarefa dois, a articulação STEM residia na utilização de conceitos matemáticos relacionados com paralelismo e perpendicularidade entre retas e planos e em engenharia no que concerne o uso de ferramentas para melhorar construções feitas pelo ser humano. Após construírem a calçada, os alunos tiveram de verificar a horizontalidade do chão através de técnicas por eles planeadas, orientados pelo professor. Para a orientação, dada apenas após os alunos pensarem um bocado, o professor mostrou materiais que eles podiam usar, como exemplo. Note-se que foi pedido aos alunos, nas discussões em turma, que usassem os conceitos que tinham estado a aprender em matemática sobre paralelismo e perpendicularidade.
Embora alguns alunos tenham apresentado ideias plausíveis, houve outros que não compreenderam como utilizar os materiais presentes. Por exemplo:
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(Registos escritos dos alunos, tarefa 2 – questão 1 da parte “vai mais além…”, aluno A8) Não tendo feito referencia ao material a ser utilizado. Na questão seguinte, o aluno já o refere:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 2 – questão 2 da parte “vai mais além…”, aluno A8) No entanto, continua a mostrar dificuldades em aludir aos conceitos matemáticos que o ajudariam a justificar a sua resposta. Outro aluno, usa os termos de “perpendicularidade”:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 2 – questão 2 da parte “vai mais além…”, aluno A10) No entanto, não usa o “suporte [universal]” como termo de comparação ao “fio”. Em vezes disso, coloca as funções do fio e do suporte universal no mesmo patamar, isto é, diz que quer “o fio”, quer “o suporte ficaram perpendiculares ao solo”. Ora, o suporte estará sempre perpendicular ao chão, independentemente do nivelamento do chão, sendo
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que o aluno deveria usar este facto para, desse modo sim, comparar a orientação espacial do fio com o do suporte.
A maioria das outras respostas mostraram compreensão dos conceitos matemáticos, porém, as justificações que apresentam não abrangem o suposto:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 2 – questão 1 da parte “vai mais além…”, aluno A9) O aluno apresenta uma justificação que dá resposta ao problema aludindo corretamente aos conceitos matemáticos de paralelismo. Contudo, não aprofunda os conceitos de modo a que a justificação está correta. Isto é, não chegava dizer que “o fio ficar paralelo ao suporte” implica que o chão está na horizontal, sem fazer referência ao facto de o fio se encontrar sempre perpendicular ao chão devido à gravidade. Do mesmo modo, não chega dizer que o nível da “água ficar paralel[o]” ao chão implica este estar na horizontal, sem referir que o nível da água se encontra sempre na horizontal devido à gravidade.
É de apontar que este tipo de raciocínio, provavelmente, ultrapassa o que é suposto para alunos que estão ainda a familiarizar-se com os conceitos de paralelismo e perpendicularidade, pelo que foram consideradas respostas aceitáveis, as que os alunos deram. Para além disso, segundo as notas do professor, a tarefa demorou mais que o expectável, e como a maior importância reside na aprendizagem dos conteúdos de química, utilizou-se mais tempo de aula para tal. Desse modo, os alunos tiveram pouco tempo para aprimorar as suas estratégias para horizontalizar o chão.
Na tarefa três, foram enfatizadas duas componentes STEM, para além da química: a engenharia, referente aos cuidados a ter na manutenção e transporte do flúor ao ser utilizado em grande escala para a fluoretação da água; e a matemática, referente aos intervalos não degenerados.
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Na componente destinada à engenharia, alguns alunos demonstraram alguma falta de compreensão relativamente à química:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 3 – questão 4, aluno A12) O aluno mencionou o facto de o flúor “reagir mal com a água”, mostrando pensar que os elementos reagem bem ou mal. O aluno confunde a facilidade de reação, que por sua vez provoca reações violentas, com uma reação que implica consequências negativas só pelo facto de reagir, o que não é o caso, visto que a tarefa se tratava precisamente da adição de flúor na água.
Outros alunos revelaram dificuldade em justificar as suas afirmações:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 3 – questão 4, aluno A11) O aluno relacionou o ser “extremamente perigoso” com o ser “difícil transportá-lo”, não o justificando de que forma essas características estão associadas. Na verdade, não estão muito relacionadas, pois o facto de ser perigoso estaria mais relacionado com os cuidados extra a ter no manuseamento da substância, enquanto o difícil transporte com o facto de ser um gás ou com a sua reatividade com o metal do recipiente no qual é transportado, por exemplo. Apresentou, para além de dificuldade em relacionar as suas afirmações, dificuldade em concluir a sua resposta. Outra resposta que não apresenta uma conclusão é a seguinte:
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(Registos escritos dos alunos, tarefa 3 – questão 4, aluno A8) O aluno refere as razões, mas não conclui a sua resposta, dizendo quais as consequências de apresentar essas características, como alguns alunos o fizeram.
Relativamente à componente da matemática, na qual os alunos tinham que referir se uns valores de quantidade de fluoretos em águas de certas regiões se encontravam dentro de limites estipulados por entidades fictícias. Observaram-se respostas que mostraram dificuldades na compreensão de conceitos matemáticos:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 3 – questão 6, aluno A8) O aluno afirmou que o valor de 1,55 não é aceite pelos intervalos [0,6 ; 0,9[ e ]0.6 ; 1,1], corretamente. Contudo, referiu que é aceite pelo intervalo [0,5 ; 1,5] apresentando, ou dificuldades na leitura das casas decimais ao nível das centésimas, ou dificuldades nos intervalos não degenerados. Observando o resto da resposta, torna-se claro. Pois o aluno referiu que 0,9 é aceite pelo intervalo [0,6 ; 0,9[, incorretamente, pelo que a dificuldade do aluno deve residir na leitura destes intervalos.
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A maioria dos alunos respondeu corretamente a esta questão, mas houve um aluno que não chega a justificar a sua resposta com base nos dados fornecidos:
(Registos escritos dos alunos, tarefa 3 – questão 6, aluno A5) Sendo que, não apela à tabela com os dados, nem responde ao que é pedido. O aluno, se a razão não foi de distração ou preguiça, demonstrou não ser capaz de ler intervalos não degenerados, levando à resposta incorreta. Para além disso, responde apenas para uma parte da questão, não tendo percebido que era suposto analisar todas as águas e assumindo que apenas uma das águas é que seria aceite por todas as entidades.
Aprendizagens
Para além das dificuldades, os alunos apresentaram, ao longo da execução das tarefas desta intervenção, a aprendizagem de diversos conceitos científicos (domínio conceptual) e de capacidades de raciocínio (domínio do raciocínio) de realçar. Os conceitos científicos revelados aprendidos, através dos registos escritos e das entrevistas, relacionaram-se, naturalmente, com o que era estipulado pelas metas curriculares para as quais foram desenhadas as tarefas, nomeadamente: conhecer os efeitos da reação de metais com a água; compreender os conceitos de reatividade e variação de reatividade; conhecer e distinguir características dos metais e dos não-metais; perceber a formação de iões; e compreender conceitos STEM. Quanto ao domínio do raciocínio, verificaram-se respostas que apresentaram um raciocínio de várias ordens.