USO DE COMPUTAÇÃO DISTRIBUÍDA EM AULAS EXPERIMENTAIS DE QUÍMICA INSTRUMENTAL

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA

GUILHERME RAMOS PEREIRA

USO DE COMPUTAÇÃO DISTRIBUÍDA EM AULAS EXPERIMENTAIS DE QUÍMICA INSTRUMENTAL

VIÇOSA _– MINAS GERAIS

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GUILHERME RAMOS PEREIRA

Projeto de monografia apresentado ao

Departamento de Química da Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências para a conclusão do Curso de Licenciatura em Química.

ORIENTADOR: Prof. Dr. Efraim Lázaro Reis

VIÇOSA

MINAS GERAIS

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Guilherme Ramos Pereira

Monografia aprovada em 04 de Julho de 2018.

__________________________________

Prof. César Reis Departamento de Química

Avaliador do Trabalho

__________________________________

Prof. Efraim Lázaro Reis Departamento de Química UFV

Orientador do Trabalho

__________________________________

Profa. Odilaine I. C. Damasceno

Colégio de Aplicação – UFV

Avaliadora do Trabalho

__________________________________

Prof. Vinícius C. A. Souza

Departamento de Química – UFV

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AGRADECIMENTOS

A Deus, pela vida e pelo dom da persistência.

Ao professor e orientador Efraim, pela oportunidade de aprendizado e por ser fundamental nessa etapa da minha vida.

Aos membros da banca, Professores César e Odilaine pela disponibilidade e pela contribuição.

Aos meus amados pais, por todo apoio, carinho, dedicação e por não me deixar desistir.

A minha noiva, Sarah, por estar sempre comigo, pela paciência mesmo nas horas mais difíceis, pela inestimável ajuda e apoio nos estudos.

As minhas irmãs por todo carinho e incentivo desde sempre.

Aos meus “pequenos”, que são minha recarga de energia e meu ponto de equilíbrio:

Matheus, Miguel, Isabella, Pedro Lucas, Pedro Henrique, João Paulo e Amanda.

As minhas sogras, que sempre me deram suporte e apoio, minha segunda família.

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RESUMO

Foram implementadas experiências didáticas e metodológicas para a melhoria do processo de ensino e aprendizagem utilizando as tecnologias de informação e comunicação no ambiente de laboratório de química analítica instrumental. E dessa forma promoveu-se a dinamização das aulas valorizando o envolvimento de docente

e discentes com a socialização de práticas relacionadas ao uso de tecnologias da

informação e comunicação dentro do ambiente de sala de aula. Neste caso ocorreu

o envolvimento dos discentes em atividades diferenciadas dentro da aula usando o

código de barras bidimensional, o QR code, e computação distribuída,os dados

gerados por instrumentos sendodisponibilizados em sites como o Dropbox.

Palavras-chave: Química Analítica Instrumental; Dropbox; QR code; Computação

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ABSTRACT

Didactic and methodological experiments were implemented to improve the teaching and learning process using the information and communication technologies in the instrumental analytical chemistry laboratory. So, with this implementation, the dynamism of the classes was promoted by valuing the involvement of teachers and students with the socialization of practices related to the use of information and communication technologies in the classroom. In this case, students were involved in different activities within the classroom using two-dimensional bar code, QR code, and distributed computing, with the data generated by instruments were made available on sites such a Dropbox.

Keywords: Instrumental analytical chemistry, Dropbox, QR code, distributed

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ...1

1.1ATECNOLOGIA E SEUS USOS NA EDUCAÇÃO ... 1

1.2USO DO QR CODE NAS AULAS DE LABORATÓRIO DE MÉTODOS INSTRUMENTAIS DE ANÁLISE. ... 1

2 OBJETIVOS ...4

2.1 OBJETIVO GERAL...4

2.1OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 4

3 MATERIAIS E MÉTODOS ...5

3.1AULA APLICADA ... 7

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 13

5 CONCLUSÕES ... 15

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1 INTRODUÇÃO

1.1 A Tecnologia e seus usos na educação

Nas últimas décadas o uso das Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs) se tornou muito acessível à sociedade de um modo geral contribuindo bastante em termos científicos, na comunicação, no lazer, no processamento de dados e na busca do conhecimento. Dessa maneira a internet se tornou o principal meio de informação e uma ferramenta poderosa para consultas em geral. Além de ser utilizada para obter informações, a internet conecta as pessoas por meio de diferentes tecnologias em qualquer lugar do mundo, provando ser uma poderosa ferramenta de comunicação.

Uma mudança no meio educacional com a introdução desses artifícios é inevitável. Com o uso de novos aparelhos tecnológicos, é importante que os educadores junto com a sociedade repensem a maneira de transmitir o conhecimento. Os educadores ainda são os responsáveis por tornar os conceitos mais fáceis e por ajudar a resolver os problemas enfrentados pelos alunos, e, agora, enfrentam o desafio de ponderar e se adequar à inserção dessas novas ferramentas, uma vez que, devido à gama de informações disponíveis, não adiantaria simplesmente a instalação de novas tecnologias para os alunos se não houver o suporte e o envolvimento necessário dos docentes para a construção do conhecimento.

Devido às diversas aplicações e ao alto nível de penetração em sala de aula de smartphones e computadores, estes passaram a ser ferramentas quase que indispensáveis para favorecer o processo de construção de novos conhecimentos. É importante perceber que os smartphones não são apenas telefones celulares. Eles são computadores portáteis e podem ser usados com uma combinação de aplicativos em sala de aula. Ressalta-se ainda que os smartphones não são a solução, mas podem ajudar como suporte para a construção de conhecimento.

Sendo assim, o trabalho aqui proposto tem o desafio de conectar a tecnologia

em aulas práticas usando as TIC’s.

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Uma tecnologia possível de ser utilizada nas aulas de métodos instrumentais de análises é o QR code definido como um novo código de barras em duas dimensões com realidade aumentada, que pode ser escaneado com a câmera do celular ou tablet. Após o escaneamento, o código pode ser convertido em um texto, endereço de URL, imagem, dentre outros. O uso dessa tecnologia na aula é feito por códigos colocados tanto em frascos, que contém soluções previamente preparadas, quanto nos aparelhos que serão utilizados. Na transcrição do código, então, aparece quais são as soluções e como foram preparadas, além do manual de instruções e como utilizar, quando se trata de equipamentos. Após o escaneamento, o aluno tem todas as informações na tela do telefone ou tablet, auxiliando-o no restante da aula e nas atividades posteriores executadas fora do laboratório.

A computação móvel, é uma proposta que surgiu com o intuito de que o usuário

não deve ter hora nem lugar para aprender, podendo este se mover e permanecer visualizando o conteúdo caracterizando a mobilidade. A aprendizagem não pode ser contida por limitações de infraestrutura do ambiente em que o indivíduo esteja, por exemplo. De uma maneira mais simplificada podemos dizer que a aprendizagem móvel

contribui para a aprendizagem sem hora e nem local pré-estabelecidosErro! Indicador não

definido._.

As aulas na disciplina de Laboratório de Métodos Instrumentais de Análises (QUI 317) realizadas na Universidade Federal de Viçosa contam com o uso da internet, além

de algumas dessas tecnologias, como o QR Code e a computação distribuída, servindo

assim de suporte para que o professor tenha uma boa dinâmica com os alunos tais como:

➢ Acesso a informação atualizada;

➢ Promoção de uma atividade mais ativa e participativa;

➢ Impulso da mobilidade na educação, evitando que os alunos

carreguem os livros e possam aprender em qualquer contexto;

➢ Incremento da distribuição de conteúdos, pelas possibilidades

ilimitadas para receber conteúdos educativos;

➢ Adequação para a educação especial.

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2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Discutir a importância da tecnologia para o ensino prático da Química na disciplina Laboratório de Métodos Instrumentais de Análises (QUI 317) e mostrar que a tecnologia da informação pode ser uma grande aliada para o ensino de Química.

2.1 Objetivos Específicos

Implementar o uso de computação distribuída nas aulas de QUI 317. Implementar o aplicativo QR Code nas aulas práticas.

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3 MATERIAIS E MÉTODOS

Um Espectrofotômetro UV-Vis da Unicam (Figura 1) e um Polarógrafo (Figura 2) foram interfaceados a computadores via serial RS232C que é uma conexão cabeada de transmissão de dados, usando Quick Basic 64, uma linguagem de programação de computadores usada para o gerenciamento dos instrumentos e aquisição dos dados. Os arquivos gerados serão disponibilizados permanentemente no site do Dropbox e colocados à disposição para que os alunos os baixem em aparelhos celulares, iPad, notebook, e executem as tarefas de processamento dos dados em softwares próprios como Origin, Octave, MatLab e Excel.

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Figura 2.Polarógrafo gerenciado pelo programa QBasic e o compartilhamento de informações

por computação em nuvem.

Todas as informações como roteiro de preparo de soluções, funcionamento de instrumentos e roteiros disponibilizados no livro didático foram colocadas à disposição também em códigos QR, o que facilita a consulta imediata daquele tópico específico, com um celular, por meio de aplicativo disponível de forma livre. (Figura 1)

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3.1 Aula aplicada

O objetivo da aula é determinar espectrofotometricamente a constante de ionização condicional (Ka) do vermelho de alisarina (DASA).

Havia três turmas de QUI 317 com 20 alunos cada. O trabalho foi realizado em duplas e cada dupla tinha a sua disposição soluções de ácido cítrico (C6H8O7) 0,1

mol.L-1_{, fosfato ácido de sódio (Na2HPO4) 0,2 mol.L}-1_{e vermelho de alisarina (1,2}

dihidroxiantraquinona-3-sulfonato de sódio ou DASA) 0,2 % m/v em balões volumétricos que continham QR code.

Com auxílio de três buretas (uma para ácido cítrico, uma para fosfato ácido de

sódio e a terceira para vermelho de alisarina), os alunos prepararam em balões

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Tabela 1. Soluções preparadas pelos alunos durante a aula para a determinação da constante de ionização do vermelho de alisarina.

Solução C6H8O7

0,1 mol L-1

Na2HPO4

0,2 mol L-1

DASA 0,2 % m/v

1 98,0 mL 2,0 mL 4,0 mL

2 92,0 mL 8,0 mL 4,0 mL

3 86,0 mL 14,0 mL 4,0 mL

4 79,0 mL 21,0 mL 4,0 mL

5 72,0 mL 28,0 mL 4,0 mL

6 65,0 mL 35,0 mL 4,0 mL

7 59,0 mL 41,0 mL 4,0 mL

8 55,0 mL 45,0 mL 4,0 mL

9 51,0 mL 49,0 mL 4,0 mL

10 48,0 mL 52,0 mL 4,0 mL

11 45,0 mL 55,0 mL 4,0 mL

12 40,0 mL 60,0 mL 4,0 mL

13 35,0 mL 65,0 mL 4,0 mL

14 29,0 mL 71,0 mL 4,0 mL

15 23,0 mL 77,0 mL 4,0 mL

16 16,0 mL 84,0 mL 4,0 mL

17 9,0 mL 91,0 mL 4,0 mL

18 6,0 mL 94,0 mL 4,0 mL

19 3,0 mL 97,0 mL 4,0 mL

20 1,0 mL 99,0 mL 4,0 mL

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Figura 4. Espectro Comprimento de onda x Absorvância

das soluções preparadas pelos alunos

Para o tratamento de dados foi obtida uma tabela com as absorvâncias e os valores de pH em cada solução.

Tabela 2. Valores de pH e absorvância para cada amostra preparada.

Amostra pH Absorvância

(517nm)

1 2,2 0,035

2 2,46 0,046

3 2,81 0,047

4 3,11 0,052

5 3,25 0,116

6 3,74 0,116

7 3,98 0,139

8 4,36 0,156

9 4,57 0,19

10 4,78 0,237

11 5,08 0,327

12 5,57 0,577

13 6 0,824

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15 6,78 1,085

16 7,12 1,122

17 7,48 1,145

18 7,72 1,153

19 8,09 1,182

20 8,64 1,215

Após as leituras realizadas, os resultados foram compartilhados por computação distribuída e, com auxílio do programa Origin, os alunos colocaram os espectros das soluções da tabela em um mesmo gráfico. Posteriormente fizeram o gráfico de

absorvância versus pH medido (Figura 3), para comprimento de onda máximo (517

nm).

Figura 5. Curva de pH x Absorvância

Com a absorvância máxima tem-se uma maior absortividade molar e com isso um método mais sensível, já que permite obter valores de absorbância maiores e baixas concentrações, da dinâmica.

A partir desses resultados, um teste foi aplicado (Figura 4) para que os alunos

pudessem tratar os dados da prática.

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Figura 6. Teste aplicado

Neste teste aplicado os alunos calcularam a constante de ionização do DASA onde no ponto de inflexão da sigmoide na figura 5, pKa e pH se igualam o que corresponde ao ponto de equilíbrio e permite achar o valor de Ka.

Para nossa pesquisa exploratória, adotamos o papel de “observador total”

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sua atividade de observação sem ser visto, ou pode estar na presença do grupo sem estabelecer relações interpessoais”.

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4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Figura 7: Alunos durante a aula de Qui 317

Figura 8: Soluções preparadas pelos alunos

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utilização de programas computacionais diversos como Origin, Octave, MatLab, Excel, dentre outros, para o processamento dos dados.

O QR code foi muito útil durante a aula pela praticidade de consulta imediata a informações e após a aula para a resolução de questões propostas no roteiro.

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Conclusões

Esta dinâmica possibilita que os alunos possam tratar os dados em aula com a presença do professor, discutir os resultados e chegar a conclusões. Permite ainda verificar a interdisciplinaridade na aquisição do conhecimento, por exemplo o uso da matemática na obtenção do ajuste de curvas dos dados obtidos no experimento, a visualização dos gráficos que promovem melhor entendimento do fenômeno, etc.

A experiência de utilização das Tecnologias da Informação e Comunicação em aulas de laboratório de química analítica instrumental ao longo do último ano, para alunos dos cursos de Licenciatura em Química, Bacharelado em Química e Bacharelado em Bioquímica, possibilitou uma melhor utilização do tempo de laboratório e consequentemente um maior envolvimento dos alunos como um todo durante as aulas.

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6 Referências Bibliográficas

Leite, B. S. Aprendizagem móvel no ensino de Química. In: XVII Encontro Nacional de Ensino de Química, 2014, Ouro Preto, MG, Brasil.

MORENO, E. L.; HEIDLMANN, S. P. Recursos instrucionais inovadores para o ensino de química. Química Nova na Escola. 39, 1, 12-18, 2017.

AL-SHATTI, L. A.; ALHAMMAD, N. A.The application of smartphones and two

dimensional barcode in a chemistry laboratory manual. Journal of laboratory

Chemical Education. 2, 1-3, 2014.

PENCE, H. E. Moving Chemical Education into the cloud(s). Journal of Chemical

Education. 93, 1969-1971, 2016.

WEISS, J. C. Scientific computing for chemists; an undergraduate course in

simulations, data processing and visualization. Journal of Chemical Education. 94,

592-597, 2017.

REIS, E. L.; REIS, C. Roteiros de Aulas Experimentais de Química Analítica

Instrumental. 2017, 110p.