RESULTADOS DA AVALIAÇÃO DIAGNÓSTICA

Participaram da avaliação diagnóstica 34 alunos, cujos resultados e discussões são apresentados após o quadro resumo, categorizados conforme os objetivos das questões (Q). As respostas estão ordenadas da questão 1 (Q1) à questão 9 (Q9) em categorias adotadas conforme os objetivos, e os alunos foram classificados de acordo com as respostas.

No quadro 05, aparecem as seguintes abreviações: Q = Questão; T.E. = Temperatura de Ebulição; G.M. = Geometria Molecular.

Quadro 5 – Classificação dos resultados a partir dos objetivos das questões diagnóstica AVALIAÇÃO DIAGNÓSTICA

Categorias Classificação Alunos (%)

Q1. Identificação de semelhanças de estruturas ao rotacioná-las no espaço Identifica 8 (24 %) Não Identifica 26 (76 %) Q2. Identificação de ângulos em

estruturas planas de Lewis

Identifica 10 (29%)

Identifica parcialmente 20 (59%)

Não identifica 4 (12%)

Q3. Admite a relação entre

geometria e T.E. Admite 32 (94%) Não Admite 2 (6%) Q4. Dependência da polaridade molecular Eletronegatividade e geometria 23 (68%) Eletronegatividade somente 11 (32%) Q5. Identificação de formas geométricas Linear Identifica 32 (94%) Não identifica 2 (6%) Trigonal plana Identifica 26 (76%)

Não identifica 8 (24%) Tetraédrica Identifica 20 (59%) Não identifica 14 (41%) Bipiramidal trigonal Identifica 15 (44%) Não identifica 19 (56%) Octaédrica Identifica 27 (79%) Não identifica 7 (21%) Q6. Classificação de polaridade da molécula a partir da G.M.

SOF4 (polar) Classifica 18 (53%)

Não classifica 16 (47%) CO2 (apolar) Classifica 21 (62%) Não classifica 13 (38%) BF3 (apolar) Classifica 15 (44%) Não classifica 19 (56%) PF2 Cl3 (apolar) Classifica 16 (47%) Não classifica 18 (53%) Q7. Conhecimento sobre a abordagem da RPECV

Conhece ou ouviu falar 21 (62%)

Não conhece 13 (38%)

Q8. Identificação da G.M. a partir

de desenhos com linhas de contorno em perspectiva 3D

Identifica 16 (47%)

Não identifica 18 (53%)

Q9. Contribuição da Teoria da

hibridização para explicar a G.M.

Contribui 8 (24%)

Não contribui 2 (6%)

Não sabe 24 (70%)

Fonte: Autoria própria

A questão 01 tinha por objetivo o reconhecimento da forma geométrica tetraédrica com seus elementos de simetria sendo, portanto, indiferente à posição ocupada pelos dois átomos de cloro, em quaisquer de seus vértices. Em termos de visualização o aluno deveria apresentar habilidade de identificar semelhança de estruturas tridimensionais e rotacioná-las no espaço.

01. As duas figuras abaixo podem ser utilizadas para representar o dicloro metano (CH2Cl2). Em sua opinião, existe diferença entre as figuras 1 e 2?

Figura 1 Figura 2 Marque com ( X ): Sim ( ) Não ( )

A Resposta esperada para essa questão como correta era “não”. Dos 34 alunos submetidos ao diagnóstico, o resultado foi: SIM = 26 sujeitos; NÃO = 8 sujeitos.

A resposta a essa questão envolvia percepção visual imagética das figuras e um conhecimento básico de geometria, para reconhecer o tetraedro como uma figura simétrica. Embora os quatro átomos periféricos não sejam iguais (dois H e dois Cl), gerando uma distorção no tetraedro, os dois pares de átomos ficam a uma mesma distância. A informação contida somente na imagem, sem um recurso visual tátil (sinestésico), não foi suficiente para a maioria dos sujeitos (76%) perceberem que não havia diferença entre as moléculas representadas no desenho em 3D. Bastava rotacionar mentalmente no espaço uma das figuras, uma habilidade de visualização, para verificar a semelhança. Os que marcaram “Não”, foram classificados como aqueles que identificam semelhança de estruturas ao rotacioná-las no espaço e os que marcaram “Sim” ou “deixaram em branco” como os que não classificam.

Na questão 02, o objetivo era mostrar que as estruturas de Lewis, do modo como são apresentadas nos livros didáticos, são insuficientes para revelar a geometria real da molécula, se o aluno não for capaz de converter uma representação 2D em 3D e vice-versa. O estudante pode de forma ambígua, ao observar os ângulos de ligação, confundi-los e não os identificar corretamente por serem representadas no plano. Muitas vezes, conforme alguns pesquisadores (PAULLETTI; CATELLI, 2018; STUL et al. 2016; CARLISLE; TYSON; NIESWANDT, 2015), é necessário o uso de um modelo concreto ou uma representação 3D, para o entendimento dos modelos da RPECV ou representações convencionais, como traço/cunha. Pelo menos até que o aluno desenvolva essas habilidades espaciais em sua mente.

No aspecto da visualização, o aluno nessa questão, deveria identificar os ângulos presentes em estruturas planas de Lewis. Não foi pedido que reconhecessem a forma espacial, apenas que ângulos eles conseguiam visualizar na imagem plana representada na questão. Embora as representações iniciais de Lewis para um átomo com o octeto completo, formasse um cubo de 8 elétrons nos vértices (que poderia dar uma noção da geometria e ângulos formados) sua preocupação inicial não era com a geometria e sim com a natureza das ligações

02. A figura abaixo corresponde à estrutura de Lewis para o tetraclorometano (CCl4).

Tomando como referência apenas essa representação, você pode afirmar que os ângulos nas ligações ClCCl, são:

A) todos de 90°. B) 90° e 180°.

C) todos de 180° D) diferentes de 90° e de 180°.

(TOMA, 2013; FILGUEIRAS, 2016). Mesmo assim, as representações atuais atribuídas a Lewis são tomadas por base para determinar a geometria da molécula pela RPECV. Desse modo, nessa questão buscava-se saber algumas noções de geometria por parte do aluno, necessária ao entendimento desse tema.

Esperava-se que os alunos observassem os ângulos entre os átomos vizinhos e também entre aqueles que ficavam em posição oposta ao átomo central. A resposta que atenderia essa expectativa seria a alternativa B.

Ao analisar as respostas dos alunos, verificou-se que apenas 10 sujeitos tiveram essa percepção. Dos 24 alunos que não marcaram essa alternativa, 1 sujeito deixou em branco; 20 sujeitos marcaram a alternativa A, ou seja, só perceberam ângulos de 90°; 1 sujeito só percebeu ângulos de 180° (marcou a alternativa C) e 3 sujeitos, marcaram a alternativa D, ou seja, entenderam que na figura, os ângulos diferem de 90° e 180°. Com relação a esses, é possível terem imaginado um tetraedro, visto que na questão 1, aparece uma figura com a mesma quantidade de átomos ligados ao átomo central, e não estão distribuídos em um plano. Na aula seguinte, foi questionado aos que marcaram a alternativa A, porque escolheram essa opção. Alguns disseram que perceberam apenas o ângulo de 90° e outros disseram ficar em dúvida se deveriam considerar só os ângulos entre os átomos vizinhos ou também os ângulos entre os átomos opostos. Assim, os que marcaram a alternativa B, foram classificados como os que identificam os ângulos na forma plana (embora não sejam os mesmos das formas espaciais); aqueles que marcaram A e C como os que identificam parcialmente; e os que marcaram a alternativa D ou deixaram em branco, como os que não identificam os ângulos visualmente no plano (embora possam ter raciocinado como se fosse uma forma espacial, não era o que se pedia na questão).

O objetivo da questão 03 era saber se o aluno tinha alguma noção da relação entre geometria molecular e uma das propriedades das substâncias, no caso, a Temperatura de Ebulição (T.E). Segundo Garcia, Lucas e Binatti (2015, p. 101), “As propriedades físico- químicas de uma molécula [...] são determinadas por sua estrutura química.” Desse modo,

03. Em sua opinião, a geometria das moléculas pode influenciar na temperatura de ebulição (TE) das substâncias? Sim ( ) Não ( )

conforme os autores é possível prever algumas dessas propriedades a partir da estrutura espacial. Para isso, consideram-se as forças que mantém as moléculas unidas em um material, que determinarão suas características. Assim, essa questão está atrelada a fatores, como polaridade, forças intermoleculares, massa e estrutura. Embora não seja possível uma relação de regularidade direta entre geometria com a T.E, a geometria interfere na polaridade, que por sua vez, interfere nas forças intermoleculares, e assim, de forma indireta, na temperatura.

A resposta consistia em marcar “sim” ou “não”. De acordo com Garcia, Lucas e Binatti (2015, p. 106), para relacionar T.E (ou temperatura de fusão – T.F) com a geometria das moléculas é preciso identificar “[...] os tipos de interações intermoleculares que uma molécula efetua com outra idêntica a ela.” Portanto, nessa questão, os alunos foram classificados em: (i) os que admitem a relação entre geometria e T.E, ou seja, os 32 sujeitos que marcaram “Sim”, e (ii) os que não admitem essa relação, ou seja, os que 2 sujeitos marcaram “Não”.

A questão 04 objetivava investigar a compreensão do aluno sobre a origem da polaridade de uma molécula, ou seja, sua dependência da eletronegatividade e da geometria. É possível que uma molécula seja apolar mesmo que apresente ligações polares. A geometria da molécula pode apresentar uma simetria de forma que seu momento dipolo resultante das ligações seja nulo. Portanto, a resposta esperada como correta era: “da eletronegatividade e de sua geometria”.

A classificação dos alunos nessa questão ficou definida entre aqueles que admitem que a polaridade de uma molécula dependa “somente da eletronegatividade”, correspondente a 11 sujeitos, e aqueles que atribuíram a existência da polaridade resultante em uma molécula, à dependência da “eletronegatividade e de sua geometria”. Estes correspondem a 23 sujeitos no total.

A questão 05 teve por objetivo identificar as formas geométricas de algumas moléculas a partir de representações simbólicas e icônicas. Nela, destaca-se a importância da leitura visual das imagens espaciais (representações 3D) das fórmulas moleculares, para associá-las ao nome de suas respectivas geometrias.

04. A polaridade de uma molécula depende: ( ) somente da eletronegatividade dos átomos; ( ) da eletronegatividade e de sua geometria.

05. Associe corretamente as imagens das moléculas ao tipo de geometria: (I) CO2 ( ) Tetraédrica

(II) BF3 ( ) Bipiramidal trigonal

(III) CH4 ( ) Octaédrica.

(IV)SCl6 ( ) Trigonal plana

(V) PCl5 ( ) Linear

Depois de corrigir essa questão, verificou-se que: a forma Linear foi reconhecida por 32 sujeitos; a Trigonal plana por 26 sujeitos; a Octaédrica por 27 sujeitos; a Bipiramidal trigonal por 15 sujeitos; e a Tetraédrica por 21 sujeitos. Apenas 1 aluno deixou em branco.

Quando se utiliza representações icônicas, como as estruturas 3D (ou pseudo 3D) nas representações da questão 05, conforme a teoria semiótica de Peirce, o observador não necessita propriamente de um conhecimento científico elaborado ou formal para identificar algumas características de uma imagem (GOIS; GIORDAN, 2007). As unidades discretas esféricas, de cores e tamanhos diferentes, posicionadas no espaço de modo a indicar uma forma 3D podem ajudar o aluno no reconhecimento da geometria da molécula (PAULETTI; CATELLI, 2018). Para isso, ele deve possuir construtos psicológicos (interpretante) elaborados em seu contexto social para reconhecê-las. Por exemplo, a forma linear, foi identificada por quase todos os participantes do diagnóstico.

Pode-se considerar entre os erros ou equívocos mais frequentes, o fato dos alunos terem confundido algumas formas citadas a seguir:

Tetraédrica com Bipiramidal trigonal: 6 sujeitos (A2, A5, A10, A17, A22 e A31); Trigonal plana com Bipiramidal trigonal: 5 sujeitos (A1, A4, A8, A11 e A29); Bipiramidal Trigonal com Octaédrica: 1 sujeito (A16);

Tetraédrica, Trigonal plana, Bipiramidal Trigonal: 1 sujeito (A24);

Tetraédrica, Bipiramidal Trigonal e Octaédrica: 3 sujeitos; (A9, A28 e A33);

Tetraédrica, Trigonal plana, Bipiramidal Trigonal e Octaédrica: 1 sujeito (A13 só acertou linear).

Com relação ao total de acerto por indivíduo, observou-se que dos 34 alunos, 15 sujeitos conseguiram identificar as cinco formas apresentadas na questão.

O objetivo da questão 06 era classificar as moléculas em polar ou apolar, a partir da geometria molecular. Para atingir esse objetivo, foi fornecida na questão uma escala em ordem decrescente de eletronegatividade contendo os elementos presentes nas moléculas e a representação espacial das fórmulas moleculares.

representação espacial das fórmulas moleculares.

Esperava-se que o aluno apresentasse uma percepção visual das representações para julgar em quais casos o momento dipolo (µ) poderia ser cancelado ou não. Eles deveriam perceber que a polaridade não depende apenas da diferença de eletronegatividade entre os elementos, mas, das resultantes dos momentos de dipolo da molécula ser nulo ou não, a partir da geometria. As moléculas analisadas foram: SOF4, CO2, BF3 ePF2Cl3.

Dos que resolveram essa questão encontra-se o seguinte resultado: SOF4 – 17 sujeitos

consideraram-na polar (acertaram) e 15 sujeitos, apolar (erraram). CO2 – 20 sujeitos

consideraram-na apolar (acertaram) e 12 sujeitos, polar (erraram). BF3 – 14 sujeitos

consideraram-na apolar (acertaram) e 18 sujeitos, polar (erraram). PF2Cl3 – 16 sujeitos

consideraram-na apolar (acertaram) e 16 sujeitos, polar (erraram).

Conforme as considerações de Carlisle, Tyson e Nieswandt (2015), os alunos aprendem a fazer esse tipo de avaliação na química geral. Portanto, no Ensino Médio, esse assunto deveria ser abordado na primeira série. Os referidos autores ainda informam que esse tipo de questão requer do aluno, além de uma visualização mental da forma 3D, a capacidade de rotacionar essas estruturas no espaço. Desse modo, ele pode perceber se as ligações polares

06. Para cada representação das moléculas, coloque um X para classificá-las em polar ou apolar.

se anulam, cancelando o momento de dipolo da molécula ou não. A resposta correta dependia da compreensão de como os átomos estão orientados no espaço. Ao analisar os resultados de cada aluno, percebe-se que em média, metade da turma apresentou uma boa percepção espacial, avaliando corretamente as moléculas em polar e apolar.

A questão 07 objetivava saber se o aluno tinha algum conhecimento sobre a Teoria de Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência (RPECV) e em caso afirmativo, dizer como contribui para prever a geometria das moléculas.

Embora a Teoria RPECV normalmente seja abordada de forma resumida no Ensino Médio das escolas públicas, dos que responderam, 21 sujeitos disseram que tinham ouvido falar, mas não opinaram sobre como a RPECV ajuda na previsão das formas geométricas das moléculas. 12 deles disserem que não conhece ou ouviu falar e 1 deixou em branco.

Como nenhum deles conseguiu opinar a respeito da RPECV, mesmo admitindo que ouvir falar, achou-se conveniente questionar se esse fato poderia evidenciar que tinham ouvido falar de Camada de Valência, assunto mais recorrente para o aluno da educação básica, por se repetir em distribuição eletrônica e ligações químicas desde o 9º Ano do Ensino Fundamental. Ao serem questionados na aula seguinte se realmente eles ouviram falar da RPECV ou se tinham confundido com a Camada de Valência, a maioria dos alunos disse que realmente conhecia a camada de valência, identificando-a como a camada mais externa do átomo.

Apenas um aluno, o A3 respondeu oralmente que a RPECV, se relacionava a geometria molecular, dizendo que: “É quando os elétrons sofrem repulsão ficando o mais longe possível num átomo”. Algo curioso, é que embora ele soubesse a resposta, não registrou de forma escrita na avaliação diagnóstica. Desse modo, a participação do pesquisador ao se envolver no processo, pode através de suas observações, adquirir informações complementares que auxiliam na compreensão dos dados coletados nos instrumentos de avaliação.

Na questão 08 o aluno deveria ser capaz de perceber visualmente, através das representações espaciais das moléculas CH4, NH3 e H2O a geometria dessas moléculas a partir

dos átomos em volta do átomo central desconsiderando os pares de elétrons livres. Tinha por objetivo identificar a geometria molecular a partir de desenhos em perspectiva 3D.

07. Você conhece, ou ouviu falar da Teoria de Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência (RPECV)? Sim ( ) Não ( )

Em caso afirmativo, você seria capaz de comentar com suas palavras como essa teoria contribui para prever a geometria de uma molécula?

A alternativa correta era a A: tetraédrica, piramidal e angular. Dezesseis (16) sujeitos acertaram, 15 erraram e 3 deixaram em branco.

Dos alunos que erraram, 1 sujeito marcou a alternativa B, atribuindo a forma angular para amônia e piramidal para a água. 10 sujeitos marcaram a alternativa C, confundindo tetraédrica com piramidal do metano e da amônia, respectivamente, e 4 sujeitos marcaram a alternativa D, confundindo a geometria do metano com a água, ou seja, atribuíram a forma angular para o metano e tetraédrica para a água.

Pode-se atribuir àqueles que erraram a questão, a ausência de uma habilidade para interpretar representações visuais que é a capacidade de reconhecer as convenções para as diferentes representações de determinada figura molecular espacial (LOCATELLI; ARROIO, 2011). Por exemplo, a cunha fechada para representar uma ligação para frente do plano, a linha pontilhada para representar uma ligação para trás do plano, a linha contínua para representar uma linha no plano, as bolinhas pretas para representarem os pares de elétrons ou as bolas coloridas para representar os átomos.

Na questão 09, o aluno só teria que informar se tinha conhecimento ou não da teoria de hibridização de orbitais.

Apenas 8 sujeitos concordaram que essa Teoria contribui para explicar a Geometria Molecular, 2 sujeitos afirmaram que não, 22 sujeitos disseram que não sabiam e 2 deles deixaram em branco. Provavelmente, devido às poucas horas/aula destinadas à química, os alunos não estudaram esse tema em sala.

08. As moléculas do metano (CH4), da amônia (NH3) e da água (H2O) possuem

quatro pares de elétrons em volta do átomo central. Observe as representações e marque a alternativa que apresenta suas respectivas geometrias:

CH4 NH3 H2O

A) tetraédrica, piramidal e angular B) tetraédrica, angular e piramidal C) piramidal, tetraédrica e angular D) angular, piramidal e tetraédrica

09. Você concorda que a teoria da hibridização de orbitais atômicos contribui para explicar a geometria molecular? Sim ( ) Não ( ) Não sei ( )

A partir da correção da avaliação diagnostica e da organização dos dados em categorias fundamentadas nas habilidades espaciais, conforme destacado por Carlisle, Tyson e Nieswandt (2015), percebeu-se que os alunos apresentavam limitações na compreensão de geometria molecular e na sua influência para determinação de propriedades fisico-químicas das substâncias. Esse conteúdo, embora esteja previsto para ser trabalhado no primeiro ano do Ensino Médio, ainda pareceu muito desafiador para esses alunos do terceiro ano. Entre os fatores identificados nas habilidades espaciais, procurou-se nas questões, explorar as relações espaciais, orientação espacial e visualização espacial. Conforme os autores citados, essas relações, entre outras coisas, são utilizadas em pesquisas para discernir semelhanças e diferenças entre duas estruturas moleculares. Elas também estão presentes ao rotacionar mentalmente uma molécula (fator de relação espacial).

Assim, observando esses dados, encontram-se problemas de aprendizagem quanto a entender as formas geométricas, ou seja, perceber mentalmente uma estrutura em pespectivas diferentes ao rotacioná-las no espaço. Quando os alunos não dispõem de modelos físicos manipuláveis, execultam atividades mentais (imaginação) que exige um maior esforço cognitivo (STULL et al., 2016). Portanto, a utilização de modelos como recurso externo pode ampliar a capacidade cognitiva ao reduzir o esforço mental gasto na imaginação. A partir de sua utilização, juntamente com outras formas de representações, pode-se fazer generalizações e abstrações necessárias para a tridimensionalidade, a partir de representações no plano e vice-versa.

A avaliação diagnóstica atendeu a um objetivo da pesquisa, que foi verificar o nível de conhecimento dos alunos sobre geometria molecular. Dessa forma, forneceu uma base para revisar os conceitos e trabalhar as atividades com o auxílio das pranchetas de origami arquitetônico. Assim, as seis aulas seguintes ocorreram de forma prática, com o material didático. Conforme Stull et al. (2016), o aprender fazendo, ou seja, com atividades práticas, em que o aluno manuseia um material, melhora o armazenamento de informações e recuperação da memória de longo prazo. Em seguida, foi aplicada uma avaliação de aprendizagem. Durante as aulas, pôde-se perceber uma participação positiva da turma nas atividades propostas, nas quais os alunos se mostraram interessados em aprender mais sobre o assunto, contribuido para o desenvolvimento das aulas, respondendo aos questionamentos feito pelo professor, procurando tirar suas dúvidas.

5.2 RESULTADOS DA AVALIAÇÃO DE APRENDIZAGEM

A avaliação de aprendizagem continha nove questões, cujos objetivos eram semelhantes aos da avaliação diagnóstica. As questões 05 e 06 eram as mesmas, na 08 alterou-se as alternativas e na 01 e 02 foram alteradas as figuras. As questões 03, 04, 07 e 09, embora tratem dos mesmos assuntos, tinham objetivos e o grau de complexidade diferentes. Essa variação do nível das questões foi necessária, visto que procurou-se avaliar também, as contribuições das pranchetas de origami arquitetônico como material didático. Stull et al. (2016) destacam a importância do uso de modelos 3D, em diferentes formatos, para desenvolver habilidades representacionais em química. Eles apresentam trabalhos nos quais se investigam métodos de pesquisa para esse fim. Assim, esse novo material desenvolvido e apresentado aqui, também deve ser avaliado quanto as suas potencialidades.

Segundo Harris (2019), materiais visuais-espaciais juntamente com atividades que favoressam o desemvolvimento de imagens mentais e estratégias que apliquem informações espaciais, são alguns recursos que ajudam o estudante na compreesão de geometria espacial. Assim, para resolver as questões da avaliação de aprendizagem, os alunos tiveram em aulas anteriores, o contato com o material concreto, resolveram questões propostas nas pranchetas com diferentes formas de representações, mediram ângulos e compararam formas geométricas. Essas atividades foram elaboradas pelo pesquisador com a intensão de facilitar a retenção de informações por parte dos alunos, e auxiliar na interpretação correta das representações. Essa autora acrescenta que essas ferramentas externas podem ajudar o aluno a reduzir a carga cognitiva, pois elas fornecem informações sensoriais táteis e visuais, que agilizam a internalização do conhecimento. Também considera relevante o fator motivacional e afetivo que um material possa exercer sobre a aprendizagem.

A fim de analisar os resultados, os alunos continuaram nomeados pela letra A, seguidos do número de ordem do diário escolar do período em que foi desenvolvida a pesquisa. Participaram 34 alunos, que é o universo participante da pesquisa. Os alunos que faltarem nesse dia foram e não fizeram a avaliação foram: A2, A5, A7, A18, A22 e A39. A avaliação encontra-se em anexo (anexo 2), de forma que, no corpo desta dissertação optou-se por comentar os resultados e apresentar o quadro resumo por categorias conforme os objetivos das questões. Os alunos que deixaram a questão em branco foram contados entre aqueles que não atingiram os objetivos propostos para aquela questão.

Inicialmente, apresenta-se os resultados tabelados no quadro resumo, em seguidada são feitos os comentários e discussão por questão. O quadro está dividido por: (i) categorias