O papel dos modelos

Na Química, de modo geral o conhecimento descritivo é de natureza macroscópica (TABER, 2013; TALANQUER, 2011) e se revela, por exemplo, ao se evidenciar a ocorrência de uma reação química entre uma solução aquosa de cloreto de sódio (NaCℓ(aq)) e uma de nitrato de prata (AgNO3(aq)) a partir do precipitado branco formado (cloreto de prata,

AgCℓ(s)). Afirmar que uma transformação química provoca mudança de coloração, formação de precipitado, liberação de gás ou mudança na temperatura envolve a mobilização do conhecimento descritivo, ou seja, respostas para perguntas do tipo o que aconteceu? O conhecimento químico do tipo explicativo, por outro lado, é de natureza submicroscópica (TABER, 2013; TALANQUER, 2011), envolvendo entidades e/ou processos não necessariamente sensíveis e se revela quando, para o mesmo fenômeno da reação das soluções aquosas de cloreto de sódio e nitrato de prata, recorrem-se à mobilidade dos íons em solução, às interações eletrostáticas, à energia de rede etc. A pergunta que envolve a mobilização do conhecimento explicativo, neste caso, é do tipo por que se formou o (este) precipitado (e não outro)?

Acerca desta necessária relação entre os níveis macro e submicro na construção de uma explicação em Química, Talanquer (2011) e Taber (2013) fazem importantes considerações:

A natureza do nível macro tem sido alvo de várias interpretações. Alguns autores caracterizam o nível macro como, principalmente, incluindo o fenômeno experienciado no dia-a-dia ou no laboratório, sendo o nível daquilo que é observável e tangível (...). Outros descrevem o nível macro como representacional por natureza, principalmente quando formadas por aquelas ideias que descrevem as propriedades gerais da matéria, como pH, temperatura, pressão, densidade e concentração (...). Em alguns estudos, o nível macro parece incluir tanto o fenômeno em estudo, quanto os conceitos usados para descrevê-lo (...). Encontramos inclusive autores que concebem o nível macroscópico como os fenômenos que os estudantes experienciam nas salas de aula de Química ou nos laboratórios e que julgam ser diferentes do mundo macroscópico “real” da vida cotidiana (...). (TALANQUER, 2011, p. 183). (...) na aprendizagem de Química, os estudantes são, de fato, solicitados a coordenar os dois diferentes níveis: em termos das descrições formais do fenômeno observado, no nível macroscópico, e em termos dos modelos teóricos da estrutura da matéria, em escala submicroscópica (TABER, 2013, p. 159).

A Figura 3, a seguir, representa bem esta relação entre os níveis macroscópico e submicroscópico na explicação química.

Figura 3 – Relação entre os níveis macroscópico e submicroscópico.

Fonte: Taber (2013, p. 159)

Se considerarmos, como já foi dito, que os modelos são os principais veículos do empreendimento científico (SUPPE, 2000), ou seja, que os cientistas trabalham construindo e utilizando modelos, e associarmos ao fato de que a Ciência tem a missão não apenas de descrever e prever, mas também de explicar os fenômenos (HEMPEL; OPPENHEIM, 1948), podemos supor que os modelos possuem grande importância no cumprimento da missão, uma vez que podem funcionar como substitutos tanto das teorias, quanto dos fenômenos que se pretendem explicar, mas também podem funcionar de forma autônoma, sendo eles mesmos os instrumentos para a explicação:

O modelo mostra como determinadas partes do sistema são integrados e ajustados, de tal forma que o comportamento do sistema possa ser explicado. (...) ele incorpora mais detalhes acerca das dependências estruturais do que as teorias de alto nível (MORGAN; MORRISON, 1999, p. 63).

De fato, segundo Morgan e Morrison (1999), o caráter autônomo dos modelos também se revela quando eles exercem seus papeis como representantes e instrumentos para explicação, sendo que tais papeis estão interconectados, ou seja, o poder explicativo do modelo está intimamente relacionado com seu poder representativo. Se este é o fato, considerando que modelos diferentes representam de diferentes maneiras, podemos concluir que eles não possuem o mesmo poder explicativo para um dado fenômeno, mesmo que eles estejam ancorados numa mesma teoria.

Apesar da ideia corrente afirmar que a principal atividade no empreendimento científico é a construção e uso de modelos científicos, e que tais modelos possuem, entre

outras, a função de representar os fenômenos ou as teorias, não há, na literatura, uma discussão clara sobre a ocorrência deste processo de representação na Química, nem no seu ensino. Logicamente, não devemos esperar que, por exemplo, um modelo matemático represente da mesma forma que um modelo material, no entanto, no processo de mediação didática em sala de aula, os professores de Química transitam, muitas vezes irrefletidamente, entre um tipo de modelo e outro. Se este é o fato, então deve haver uma complexa teia de representações presente em cada aula que pode levar os(as) estudantes a sentirem grande dificuldade em fazer a ponte entre os fenômenos e as explicações teóricas construídas para eles. Esta transição que ocorre nas aulas entre os diversos tipos de modelos pode, ainda, ser um fator importante para reforçar tanto ideias equivocadas acerca da própria natureza da ciência, quanto o realismo ingênuo próprio do senso comum, gerando tanto um problema de ensino, quanto de aprendizagem da Química11.

Os modelos não são a própria explicação, em si, assim como o próprio fenômeno não é sua descrição. A descrição do fenômeno permite sistematiza-lo, enquanto a construção e uso dos modelos permitem elaborar explicações acerca dos mecanismos que, supostamente, tornam o fenômeno possível, o que também pode levar a previsões acerca dos fenômenos. Neste sentido, e tomando emprestado o termo atribuído a Morgan e Morrison (1999), podemos afirmar que os modelos podem atuar, na construção do conhecimento, como mediadores entre a descrição do fenômeno (nível macroscópico) e sua explicação (nível submicroscópico), o que está bem ilustrado na figura 4, a seguir.

11 _{Apesar do reconhecimento dos dois problemas decorrentes do uso irrefletido das múltiplas representações em}

sala de aula pelos professores, entendemos que o problema de ensino é anterior ao de aprendizagem, uma vez que na relação dialógica entre o professor e o estudante ainda há uma preponderância hierárquica do papel docente sobre o discente. Em outras palavras, seria como se o trabalho discente fosse reativo ao que o docente faz e diz. Mesmo assim, não há qualquer intenção de reduzir a totalidade dos problemas de ensino e

Figura 4 – Transição entre os níveis macroscópico e submicroscópico.

Fonte: Taber (2013, p. 160)

O trabalho descritivo envolve a mobilização de informações sensíveis (dissolveu, produziu um vapor, mudou de fase, acendeu a lâmpada, mudou de cor), enquanto o trabalho explicativo na Química mobiliza entidades não necessariamente sensíveis (moléculas, átomos, íons, ligações). O processo explicativo exige a construção/uso de muitos modelos diferentes, que representam seus alvos de maneiras diferentes, e se constitui uma verdadeira ginástica a harmonização destes diferentes modelos. O movimento de construção de uma explicação didática coisifica o processo de mediação (LOPES, 1997), na medida em que o professor recorre a elementos da ciência de referência e tenta traduzi-los ao nível cognitivo de sua plateia.

A explicação científica para o ensino de Ciências, de um modo geral, e de Química, em particular, deve envolver não apenas o conhecimento das teorias e leis, mas a habilidade didática de interpretar o conteúdo da ciência, no caso, a Química, dentro contexto de sala de aula, de forma a entendermos que o que fazemos em sala de aula não é, necessariamente, prover explicação científica, pura e simples, mas adaptar uma explicação dos químicos para a sala de aula. O uso que se faz das explicações científicas na sala de aula de Química e como isto contribui para a construção de um conhecimento do conteúdo químico, seu ensino e aprendizagem, ainda é pouco investigado e ultrapassa o escopo deste trabalho.

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Em seus primeiros contatos mais direcionados à Química, os(as) estudantes são informados que a matéria é constituída por átomos, que possuem um núcleo positivo rodeado por elétrons, aos quais são atribuídos símbolos e nomes. Estes átomos, por sua vez, combinam-se entre si e dão origem a substâncias que recebem nomes, fórmulas e são identificadas por suas propriedades. Então, introduz-se a ideia de que determinadas substâncias, ao serem postas em contato umas com as outras, não sofrem modificações em suas propriedades, ao passo que outras, dependendo das condições e de certos fatores, sofrem transformações e dão origem a substâncias diferentes. Tais transformações são denominadas reações químicas, fenômenos químicos ou transformações químicas.

A percepção da ocorrência de uma reação química se dá invocando-se os aspectos macroscópicos do sistema, como as mudanças de cor e de estado de agregação, produção de gás ou vapor, variação na temperatura, dentre outros. No entanto, as explicações acerca dos motivos pelos quais uma reação ocorre devem envolver aspectos não necessariamente sensíveis, como ruptura e formação de ligações químicas, energia de ativação, entalpia, entropia, energia livre, transferência de elétrons, solubilidade etc. Como já discutido anteriormente, os aspectos macroscópicos correspondem ao nível descritivo do conhecimento químico, enquanto os aspectos submicroscópicos estão relacionados ao nível explicativo. A transição entre os dois níveis do conhecimento químico se dá com a construção e uso de modelos que, neste caso, funcionam como mediadores.

A reação química é um processo de produção de novas substâncias, com propriedades diferentes das substâncias reagentes, porém conservando a massa. De fato, se é o caso que toda matéria é constituída por átomos (isolados ou combinados), e se é o caso que a massa total, numa reação química, se conserva, então podemos supor que, sendo a massa da matéria proveniente dos átomos que a compõe, quando a matéria sofre transformação os átomos permanecem, não se transformam. Nesta perspectiva, uma reação química pode ser compreendida como uma reorganização dos átomos, um rearranjo, de forma que ligações químicas são constantemente rompidas e formadas no processo, estabelecendo importantes relações de ordem energética.

As reações químicas são usualmente representadas pelas equações químicas, onde se evidenciam as fórmulas das respectivas substâncias que participam do fenômeno, as relações estequiométricas, os estados de agregação das substâncias e a definição de quais são os reagentes (substâncias inicialmente colocadas no sistema) e os produtos (substâncias formadas ao longo do processo de transformação). De certa forma, as equações químicas constituem sistemas idealizados, uma vez que as próprias fórmulas químicas representam

idealizações – as substâncias puras (TABER, 2013) – além do que as condições para que as reações ocorram da maneira descrita pelas equações químicas também são ideais (FERNÁNDEZ-GONZALEZ, 2013), de tal maneira que poderíamos afirmar que as equações químicas são modelos dos fenômenos químicos. Considerando as equações químicas como modelos, afirmamos que elas cumprem um papel epistemológico que vai além da representação do fenômeno (no sentido de mera ilustração gráfica do que pode estar ocorrendo nos tubos de ensaio), sendo elas mesmas fontes para a produção do conhecimento. A partir das equações químicas podemos prever quais produtos serão formados, as quantidades esperadas, o mecanismo reacional, a necessidade de intervenção catalítica etc.

Neste capítulo, pretendemos analisar as dificuldades de ensino e aprendizagem referentes às reações químicas e o papel das equações químicas, como modelos dos fenômenos químicos, na mediação em sala de aula.