Marcia Narcizo Borges Carlos Magno Rocha Ribeiro
Eluzir Pedrazzi Chacon Renato Pereira Ribeiro Luiz Felipe Santoro Dantas
Embora experimentos criativos e lúdicos possam ser empregados como potencializadores do processo de ensino-aprendizagem, a rea- lidade mostra que nem sempre os estudantes tem oportunidade de se beneficiarem desses recursos nas escolas, devido a vários motivos que interferem na dinâmica escolar. No entanto, é importante ressaltar que aprendizagem não ocorre só na escola, ambiente formal de ensino, mas que há outros ambientes, que tem o propósito de ensinar, só que em um contexto não formal, como por exemplo, Museus e Centros de Divulga- ção Científica.
QUADRO TEÓRICO
A atividade lúdica é sem dúvida um instrumento que auxilia na aprendizagem e desenvolve competências para a aquisição de conhe- cimentos não só da Química como de outras Ciências, pois desperta a curiosidade e amplia o interesse em aprender, uma vez que pode facilitar
o entendimento de conceitos teóricos e minimizar a distância entre a teoria e a prática de uma forma mais criativa (MOREIRA, 2011).
Piaget e Vygotsky em suas obras mostram claramente que ativida- des lúdicas, como brincadeiras e jogos, não são apenas formas de entrete- nimento, mas também contribuem para o enriquecimento intelectual das pessoas. Nesse sentido, outros recursos como vídeos, áudios e experimen- tos, podem e devem ser usados como ferramentas auxiliares no processo de ensino-aprendizagem (CASTRO; TREDEZINI, 2014). Alguns autores consideram que a experimentação permite aos estudantes focar sua aten- ção e auxiliar na compreensão da importância dos fenômenos químicos (ANDRADE; VIANA, 2017) e na relevância desta ferramenta pedagógi- ca para desenvolver o caráter investigativo (SANTOS; SCHNETZLER, 1996). Segundo Francisco Júnior et al. (2008), Gehlen et al. (2012) e Abreu et al. (2013), dentre outros, o conceito de experiência problematizadora é importante, podendo ser baseada nos três momentos pedagógicos que Delizoicov (2005) propôs para o ensino de Ciências: a problematização inicial, a organização e a aplicação do conhecimento.
Centros e Museus de Ciências configuram-se em espaços onde há um grande potencial para se compreender como as revoluções cien- tíficas e tecnológicas são processadas e se relacionam com a sociedade.
Permitindo assim, a ampliação da visão de mundo e o aumento do gosto pela Ciência por parte dos estudantes, bem como do público em geral.
Em 2000 foi inaugurado na Universidade Federal Fluminense (UFF) a Casa da Descoberta (CD), um Centro de Divulgação Científica que tem como missão popularizar e divulgar a Ciência através de uma situação de educação não formal. Nesse espaço estão expostos cerca de 60 experimentos interativos das áreas de Física e Química. A CD tam- bém promove cursos de atualização de professores, seminários, coló- quios científicos e atividades de itinerância. Por ser um espaço onde se desenvolvem projetos de pesquisa e extensão, busca-se sempre inovar as estratégias de aproximação com o público, de maneira que se garanta diversão e informação de qualidade para aqueles que o visitam.
Um dos grandes problemas de divulgação da Química é a difi- culdade de realizar experimentos de maneira contínua e sistemática no
espaço museal, fazendo com que muitos Museus de Ciências optem por disponibilizar kits de experimentos para serem utilizados em salas de aula. Já na CD, optou-se pela prática de ensaios interativos que são exe- cutados com a mediação de monitores. Ao longo do tempo, foram de- senvolvidos mais de 30 experimentos de Química que buscaram intera- gir com os sentidos dos visitantes (RIBEIRO et al., 2011; BORGES et al., 2011). A necessidade de estar sempre inovando e de poder apresentar ao público visitante diferentes opções de atividades lúdicas interativas estimulou o desenvolvimento de um projeto envolvendo os conceitos de
“Reflexão, Simetria e Quiralidade” de objetos e de modelos moleculares.
Mas, por que apresentar estes conceitos na CD? A busca pela be- leza, equilíbrio, harmonia e a sensação de ordem e perfeição remetem à simetria, e talvez por isso, o homem a tenha como base em suas obras.
Na arquitetura, literatura, música, dança e artes plásticas, a forma sem- pre serviu de inspiração. Porém, não é só na criação humana que encon- tramos a simetria; a natureza, na verdade é que nos apresenta a maior quantidade de exemplos. A simetria faz parte do estudo da geometria e é baseada em elementos de simetria que são condições necessárias para defini-la. Por sua relação com o cotidiano e várias outras áreas do saber, consegue mostrar como a Matemática é relevante para a compreensão da realidade e concepção de mundo no qual o estudante está inserido.
A simetria está também na estática, nos movimentos, nos sons, isto é, pode estar em toda parte.
Uma das formas mais simples para reconhecer a simetria das coi- sas é o uso das operações de reflexão e rotação. A simetria pode ser percebida ao se dividir de forma imaginária alguma coisa ao meio e através da reflexão, verificar se suas respectivas metades são imagens iguais entre si. A reflexão de alguma coisa qualquer pode também de forma imaginária se sobrepor ao objeto refletido, desta forma podemos também dizer que é simétrico.
Considerando aspectos biológicos, animais e plantas podem, por exemplo, ser simétricos: simetria radial - quando planos longitudinais, que passem pelo centro do corpo, dividem o animal em partes iguais ou simetria bilateral - quando há apenas um plano que divide o corpo em
duas metades iguais. Na Física, o estudo de reflexão, entre outros, pode remeter diretamente à simetria, ao se usar a imagem refletida com a so- breposição imaginária, como mencionado acima. Na Matemática pode ser percebida nas representações gráficas das coisas, e na Química está presente na formação de cristais e estruturas moleculares.
Por outro lado, em determinadas situações, a assimetria delibe- rada é também uma arma da natureza utilizada com os mais diversos objetivos, como por exemplo, na formação do DNA estudado nas Ciên- cias Biológicas. Nas artes, a assimetria tem o objetivo de criar surpresa e emoção, já na Física, pode ser observada de forma contrária à simetria, onde a reflexão de algo gera uma imagem em que de forma imaginária não se sobrepõe a ela, e assim por diante.
Um importante conceito relacionado à assimetria é a quiralida- de, onde o objeto real ou imaginário que é quiral não tem sua imagem refletida sobreponível a si mesmo. Logo, o objeto deve ser assimétri- co e consequentemente quiral. Esse fenômeno é facilmente percebido quando a imagem no espelho de um dado objeto não é perfeitamente sobreponível com ele próprio. Quando se trata de objetos totalmente as- simétricos, ainda que objeto e imagem pareçam ser os mesmos, eles são, logicamente, diferentes. É exatamente o que acontece com a imagem de uma das mãos refletidas num espelho. A imagem da mão direita seria a mão esquerda e vice e versa, elas não são sobreponíveis, são assimétricas e consequentemente, a mão é quiral. Na natureza, a relação simetria/
assimetria e, portanto, a aquiralidade/quiralidade está presente o tempo todo, tanto em nível macroscópico quanto no microscópico.
A Química de substâncias quirais é extremamente interessante e está diretamente relacionada às diversas áreas de produção de conheci- mento e tecnologia. Por suas características de reagirem e interagirem de maneira seletiva, tais substâncias são amplamente utilizadas como fármacos, defensivos agrícolas e catalisadores de inúmeros processos industriais. Porém, esta é uma parte da Química que apresenta muitos obstáculos na aprendizagem, já que está bastante ligada a nossa dificul- dade perceptiva em diferenciar imagens que pareçam ser iguais vistas espacialmente. Assim, a importância desse tema pode ser verificada em
diversos trabalhos que abordam a reflexão, simetria e/ou quiralidade, na construção de materiais didáticos (CORREIA et al., 2010; SIMÕES NETO et al,. 2010; DIAS; SOARES, 2009 e PACHECO, 2008).
A motivação para a criação do aparato de simetria em forma de ban- cada e maleta
As propriedades de diversas substâncias orgânicas podem estar diretamente relacionadas com o arranjo espacial tridimensional de seus carbonos. Muitas dessas moléculas apresentam atividades biológicas im- portantes por terem isômeros chamados de enantiômeros. Isto é, subs- tâncias quirais com a mesma fórmula molecular, mesma sequência de ligações, cuja imagem especular não é sobreponível a ela. Desse modo, a percepção espacial das representações estruturais é importante para o reconhecimento desse tipo de característica de substâncias orgânicas.
A quiralidade e sua antítese, a aquiralidade, podem ser observa- das pela sua simetria, a qual pode ser reconhecida usando a sobreposi- ção ou não de sua imagem especular e percebida usando-se a reflexão.
Tendo em vista que os conceitos de reflexão, simetria e quiralidade es- tão conectados de maneira indissociável e interdisciplinar, a elaboração de uma metodologia que facilitasse a percepção espacial e a correlação progressiva desse tipo de propriedade em objetos reais e imaginários e em substâncias é de suma importância, principalmente se for discu- tida de forma lúdica e contextualizada com o cotidiano. Assim, acre- ditamos que ao se perceber a relação reflexão-simetria/assimetria que existe entre as coisas de uma maneira lúdica e sem o compromisso de estar ligado a um conteúdo de ensino, poderia facilitar posteriormente a compreensão da correlação reflexão-simetria/assimetria-aquiralidade/
quiralidade articulada a uma área do saber, tal como se fazem no Ensino Médio e Superior.
Deste modo, como poderíamos facilitar a visão espacial dos visi- tantes da CD e ao mesmo tempo mostrar as relações de simetria/assime- tria? A solução encontrada através de pesquisas realizadas foi elaborar um aparato que não só atendesse a questão problema, como desafiasse
os visitantes da CD, principalmente os estudantes, a refletirem e busca- rem soluções para diferentes problemas relacionados ao tema simetria.
O aparato de simetria elaborado se apresenta de duas formas distintas:
uma bancada que faz parte do acervo permanente da CD e uma maleta para ser usada com a mesma finalidade, porém em atividades de itine- rância ou em salas de aula.
Assim, este trabalho reporta a elaboração, a utilização destes re- cursos educativos e a contribuição que ambos vem apresentando para o entendimento dos conceitos de reflexão, simetria e quiralidade.
METODOLOGIA
Esta pesquisa experimental e aplicada (PRODANOV, FREITAS;
2013) envolve a elaboração de uma bancada e uma maleta, que buscam facilitar o aprendizado sobre os conceitos de reflexão, simetria e quirali- dade, assim como a divulgação científica destes importantes temas que fazem parte do cotidiano. Procuramos com o desenvolvimento destes recursos instrucionais despertar o interesse do aprendiz pela Química de forma interdisciplinar e lúdica, remetendo ao seu conhecimento pré- vio e a sua vivência. Neste sentido, são apresentados e discutidos saberes que remetem a Matemática, Física, Biologia, Artes, dentre outros, o que favorece a contextualização e interdisciplinaridade a respeito das rela- ções que envolvem a simetria.
Visando auxiliar na construção dos objetos educacionais basea- dos nos pressupostos mencionados anteriormente, estabelecemos uma sequência de atividades para o desenvolvimento e execução do trabalho:
1. Pesquisa bibliográfica para o levantamento dos conteúdos quí- micos relacionáveis à reflexão, simetria e quiralidade que po- deriam ser contextualizados de forma interdisciplinar;
2. Construção de um mapa conceitual para nortear o desenvolvi- mento dos recursos, mostrando a relação entre os conteúdos, disciplinas e o dia a dia das pessoas, mais propriamente com aqueles ensinados nas escolas de Ensino Médio, bem como
do público em geral visitante de um Centro de Divulgação Científica;
3. Elaboração da bancada e da maleta, a qual teve como etapas: a) escolha de quais seriam os objetos a serem usados nos experi- mentos; b) escolha dos conteúdos a serem abordados, buscan- do uma contextualização; c) produção de objetos, desenhos e figuras para o experimento; d) elaboração de roteiro de execu- ção do uso da bancada e maleta; e) construção da bancada e maleta baseado nos itens anteriores;
4. Avaliação prévia da bancada e maleta educacionais através de entrevistas de âmbito geral.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A bancada e a maleta de simetria e quiralidade foram idealizadas, elaboradas e aplicadas por uma equipe de 3 professores do Instituto de Química da UFF, que atuam tanto na graduação, nos cursos de Química, quanto na Pós-graduação Stricto Sensu em Ensino de Ciências da Natureza (PPECN). Além desses 3 professores, houve a participação de um aluno de graduação, o qual utilizou estas ferramentas instrucionais e desenvolveu sua monografia de final de curso de licenciatura (RIBEIRO, 2010; RIBEIRO et al., 2010), e outro aluno, bolsista de extensão, que desenvolveu em sua mo- nografia de fim de curso uma proposta metodológica utilizando a maleta em escolas da rede pública de ensino (DANTAS et al., 2014).
Após a pesquisa bibliográfica realizada, foi elaborado um mapa conceitual (Figura 1) para permitir a visualização das possibilidades da utilização da bancada e maleta, chamada de “ser ou não ser simétri- co”, em discutir a reflexão, simetria e quiralidade de objetos, desenhos e substâncias químicas de uma forma lúdica, além de contextualizá-la com o ambiente cotidiano do alunado.
Através do mapa conceitual constatou-se a possibilidade de se abordar uma série de conteúdos educacionais utilizando eventos e acon- tecimentos relacionados ao dia a dia do aluno e a relação com outras
disciplinas. Devemos ressaltar que a construção de um mapa conceitual é processo idiossincrático que reflete as experiências vividas por seu au- tor em um dado momento (MOREIRA, 2011), e que podem ser revistas pela própria equipe e/ou pelos professores e alunos que o utilizam à medida que o trabalho é desenvolvido.
Figura 1: Mapa conceitual sobre a ferramenta instrucional “ser simétri- co ou não ser simétrico”.
Fonte: Autores
Na construção do aparato educacional nas duas versões foram observados os seguintes critérios gerais: facilidade de construção; se- gurança e presença de um compartimento para armazenamento de objetos e materiais para execução da atividade. Os objetos e materiais a serem construídos deveriam ser lúdicos e do cotidiano do aprendiz, assim como de fácil construção ou aquisição. Além disso, os objetos de- veriam ir do mais simples ao mais complexo, para facilitar a visualização
e entendimento gradual e crescente, permitindo assim, dinâmicas de grupo diferenciadas.
Para a bancada especifi camente traçamos algumas diretrizes para a sua melhor adequação no ambiente da Casa da Descoberta: ter um ta- manho adequado para ser usada em um espaço de divulgação científi ca;
ser colorida, visando se adequar ao design do espaço museal da CD e ser articulada, isto é, sua construção deveria facilitar sua remoção e trans- porte. Já para a construção da maleta preocupou-se com a adequação ao design dos trabalhos do grupo de pesquisa, ser colorida; ter facilidade de manuseio e transporte, isto é, ser leve o sufi ciente para levada para um ambiente escolar (sala de aula) ou em atividades de itinerância.
A Figura 2 mostra a bancada e a maleta construídas. Tanto a ban- cada como a maleta possuem como parte essencial um espelho plano, que serve de referência para a verifi cação de assimetria ou simetria atra- vés da observação da refl exão das imagens.
Figura 2. Bancada e maleta de Simetria.
Fonte: Autores
A etapa seguinte desse trabalho foi construir e adquirir objetos e materiais para serem usados nas atividades com a bancada ou a maleta, considerando-se a abordagem a ser dada ao tema, tais como: lápis e papel;
desenhos e representações de quadros; letras em três dimensões; objetos geométricos simples, como esferas, hexágonos, pirâmides, cubos de diver- sos tamanhos, dentre outros; objetos representando carrinhos, cadeiras, va- sos com flor, luvas, animais, dentre outros. Além disso, usaram-se modelos moleculares visando principalmente apresentar a propriedade de quiralida- de em substâncias químicas, através da reflexão e sobreposição de imagens especulares, observando ainda a simetria e assimetria desses modelos.
Na Figura 3, são mostrados alguns objetos e materiais desenvol- vidos e/ou adquiridos no comércio em geral e utilizados nas atividades.
Figura 3: Objetos e materiais em uso no aparato.
Fonte: Autores
Existem vários tipos de simetria, mas a construção do aparato ba- seou-se no uso da simetria de reflexão, que é a de mais fácil visualização e correlação com a Física, pois remete a imagem especular do espelho plano. Os espelhos planos refletem a luz de tal maneira que torna possí- vel reproduzir imagens semelhantes em nossas mentes, mas invertidas em relação ao plano longitudinal. Assim, o que está do lado esquerdo no objeto, aparece refletida na sua imagem especular no lado direito.
Quando se trata de objetos simétricos, não notamos a diferença, mas com objetos assimétricos, é possível perceber que a imagem não cor- responde ao objeto real, mas ao mesmo invertido lateralmente. É essa propriedade de reflexão invertida que usamos para discutir o conceito de simetria/assimetria e quiralidade/aquiralidade no aparato elaborado.
Aplicação do aparato educacional com os visitantes/alunos da CD Para uma aprendizagem mais efetiva, buscamos favorecer o prin- cípio de “aprender a aprender” conforme propõe Demo (2000). Assim, os visitantes/alunos eram colocados diante de algumas situações-pro- blemas, nas quais o desafio na busca de solução sempre estava relaciona- da a construção do conceito de Simetria, sintetizadas no Quadro 1. Este era o momento da problematização proposto por Delizoicov (2005).
Quadro 1: Situações-problema utilizadas.
1. Você consegue diferenciar um objeto simétrico de um assimétrico?
2. Identifique quais destes objetos possuem imagens refletidas no espelho que não se sobrepõe ao objeto.
3. Será que a imagem refletida por um objeto corresponde necessariamente a ele mesmo ou pode ser diferente?
Fonte: Autores
Para este momento foi feito um planejamento das atividades, o qual era programado para iniciar perguntando aos visitantes o que eles enten- diam por objetos simétricos e assimétricos e fornecíamos algumas peças que fazem parte do kit: bolas, cubos e outras figuras geométricas para fossem expostas ideias sobre simetria e se fazia os devidos ajustes/media- ções até que chegassem ao conceito desejado. Em seguida, diante de um espelho, discutíamos a propriedade da reflexão, que envolve a inversão das coordenadas na sua imagem especular. Após, se utilizava novamente objetos geométricos simples para gerar sua imagem especular diante do espelho, e nesse caso também se observa a reflexão. Na terceira fase dos experimentos, era feita a pergunta: será que a imagem refletida por um objeto corresponde necessariamente a ele mesmo ou pode ser diferente?
Em geral, os visitantes estranhavam a pergunta e respondiam que obvia- mente a imagem refletida era obrigatoriamente correspondente ao pró- prio objeto. Porém, quando era feito o seguinte desafio: “Coloque sua mão direita e observe o reflexo. Você vê a mão direita ou esquerda?”, a maioria dos visitantes se surpreendia ao perceber a diferença.
No momento da aquisição do conhecimento, foram usados mo- delos de estruturas moleculares para demonstrar a reflexão, simetria ou assimetria e correspondê-los a quiralidade e aquiralidade desses sistemas, comparando-os com as mãos e imaginando um espelho entre as duas (Fi- gura 4). Nesse momento se correlacionava a reflexão, simetria e aquirali- dade, ou a reflexão, assimetria e quiralidade de objetos e substâncias.
Figura 4: Observação da relação entre objeto e imagem especular.
Fonte: Autores
Um exercício mais desafiador era realizado através da observação da simetria pela sobreposição entre o objeto diante do espelho (objeto 1) e outro (imagem 1) que representasse a imagem especular. Devemos ressal- tar que sempre existia um objeto (objeto 2) que representava fisicamente a imagem 1, em seguida busca se observar a sobreposição entre os objetos 1 e 2, o que levaria a conclusão do objeto ser ou não ser simétrico (Figura 5).
A proposta de transformar a imagem1 em objeto real 2 era permitir que o visitante pudesse manipular os dois objetos 1 e 2 e daí, chegar as suas pró- prias conclusões a respeito das propriedades de simetria e assimetria desses.
Figura 5: Observação da relação entre objeto e imagem especular.
Fonte: Autores
Em outra atividade, principalmente voltada para o público infan- til representações miniaturizadas de objetos eram usadas no mesmo processo de aprendizagem, como por exemplo, vasos com flores, carri- nhos e figuras de robôs e animais, para a percepção da propriedade da reflexão e simetria, conforme ilustrado na Figura 6.
Figura 6: Objetos e materiais do cotidiano infantil.
Fonte: Autores
No terceiro momento, aplicação do conhecimento, se desafiava os participantes a escreverem seus nomes, de maneira que pudessem ser lidos normalmente no espelho. Com isso, os visitantes percebiam que algumas letras eram simétricas e outras não (Figura 7). Essas últi- mas eram as mais difíceis de escrever para serem lidas corretamente na imagem especular. Nesse momento se discutia a razão das ambulâncias trazerem a palavra “ambulância” invertida na parte frontal do veículo.
Figura 7: Uso do aparato para responder ao desafio da escrita.
Fonte: Autores
Avaliação dos recursos educacionais
As concepções dos visitantes durante o período de implementa- ção do aparato na Casa da Descoberta foram estimadas a partir de uma pesquisa feita com 56 visitantes, estudantes da Educação Básica que o experimentaram. Foi aplicado um questionário com três perguntas. Ini- cialmente foi perguntado ao visitante se ele conhecia o conceito de si- metria. O resultado obtido mostrou que 53% conheciam parcialmente;
40% conheciam e 7% não. A segunda questão, elaborada após o uso do aparato, perguntava se o aparato de simetria facilitava uma melhor com- preensão do conceito. Disseram que sim, 77% e 23% responderam “mais